微观盗窃案：肺部细菌如何锻造武器窃取铁元素以求生存

尽管Pandoraea细菌构成高健康风险，但直到现在，其分子特性仍鲜为人知。「我们仅知道这些细菌存在于自然界中，并且可能具有致病性，因为在囊性纤维化或脓毒症患者的肺部微生物组中发现过它们，」赫尔佐格解释道。

铁元素争夺战

对大多数生物体而言，铁对细菌同样至关重要。「铁在生物体的酶和呼吸链中发挥着核心作用，例如，」赫尔佐格解释道。尤其在铁元素匮乏的环境（如人体）中，充分吸收该元素的条件远非理想。因此，许多微生物会产生所谓的铁载体（siderophores）：一类能够结合环境中铁并将其转运至细胞内的小分子。

「然而，在Pandoraea细菌中尚未发现已知的毒力因子或生态位因子能帮助它们存活，」赫尔佐格表示。因此，研究团队希望查明Pandoraea菌株如何在如此竞争激烈的环境中生存。

通过生物信息学分析，该团队发现了一个名为pan的未知基因簇。它编码一种非核糖体肽合成酶——这是生产铁载体的典型酶。「我们从基因簇分析入手，专门筛选可能负责铁载体合成的基因，」赫尔佐格报告说。

通过靶向基因失活以及基于培养的方法和尖端分析技术——包括质谱、NMR波谱、化学降解和衍生化——来自耶拿的研究人员成功分离出两种新型天然产物并阐明了其化学结构：潘多拉菌素A（Pandorabactin A）和B（Pandorabactin B）。两者均能螯合铁，可能在Pandoraea菌株适应恶劣环境中发挥重要作用。「当环境中铁稀缺时，这些分子帮助细菌摄取铁元素，」赫尔佐格解释道。

铁越少，竞争者越少

生物测定还显示，潘多拉菌素通过夺取假单胞菌（Pseudomonas）、分枝杆菌（Mycobacterium）和寡养单胞菌（Stenotrophomonas）等竞争对手的铁元素来抑制其生长。

对囊性纤维化患者肺部痰样本的分析进一步揭示，pan基因簇的检出与肺部微生物组的变化相关。因此，潘多拉菌素可能直接影响病变肺部的微生物群落。

「然而，现在从这些发现中推导医学应用还为时过早，」赫尔佐格强调。尽管如此，该发现为理解Pandoraea属细菌的生存策略以及人体内生命资源的复杂竞争提供了重要信息。

本研究由莱布尼茨-HKI研究所与耶拿大学、海德堡大学及香港大学密切合作完成。研究在「微生物组平衡」卓越集群（Balance of the Microverse）和ChemBioSys合作研究中心框架下开展，并获德国研究联合会资助。分析所用成像质谱仪由图林根自由州资助并由欧盟共同出资。