因此，世界衛生組織（WHO）認為開發新型抗耐藥真菌藥物迫在眉睫。然而，在抗生素開發歷史上舉足輕重的土壤微生物資源已經輝煌不再，從中篩選的化合物結構重複率也越來越高。更為棘手的是，人類和真菌都是真核生物，在代謝路徑上有一些相似性，使得很多抗真菌候選藥物對人類存在毒副作用。這些現實困難導致數十年來這個領域進展緩慢，沒有出現重量級研究成果。為了應對這些嚴峻挑戰，David R. Andes 教授嘗試從巨大的海洋微生物資源寶庫中尋找有價值的先導化合物。為此，他和藥學院同事、海洋天然產物專家Tim S. Bugni教授合作，前後用4年時間從佛羅里達群島採集海洋無脊椎動物中的微生物，一共收集到1482株菌株。並從生活在海鞘體內的一種小單孢菌（Micromonospora）中發現了一種新型的抗真菌藥物——Turbinmicin，它不僅能夠有效地靶向致命的多重耐藥真菌病原菌，而且還不會對小鼠模型產生毒副作用。相關成果發表在Science 上。
他們利用液相色譜-質譜法（LC-MS），基於代謝組學、基因組學和細菌提取物代謝組抗菌活性陣列分析對收集到的菌株進行篩選。首先，他們透過層次聚類主成分分析（HCAPCA）和LC-MS代謝組學技術優化出174株化學多樣性高的菌株。在主成分（PCA）評分圖中，菌株WMMC-415從組群中被區分出來，顯示存在化學多樣性。他們再進行發酵，採用兩步正交色譜法將分子分佈在174個96孔板中，並透過高通量篩選評估了體外代謝組陣列抑制Candida albicans 的活性。結果，他們從共生於海洋生物E. turbinata 的小單孢菌Micromonospora sp. WMMC-415中發現了一種抗真菌藥物，並將其命名為Turbinmicin（圖3）。
隨後，他們對turbinmicin進行臨床相關的體外抗真菌篩選和體內小鼠模型藥效安全性評估。在體外抗菌譜分析中，他們測試了39株臨床分離且包含各種耐藥機制的病原菌，結果顯示turbinmicin表現出極強的廣譜抗耐藥真菌活性。接著他們透過人類紅細胞（RBC）溶血實驗和小鼠模型最大耐受劑量（MTD）實驗進行藥物安全性評估，結果顯示即使Turbinmicin濃度超過最小抑制率（MIC）1000倍時，依然未表現出紅細胞溶血毒性，這表明該化合物具有較寬的治療窗。在小鼠MTD模型中，他們注射turbinmicin劑量從1 mg/kg起以翻倍的方式增加，一直到256 mg/kg仍未發現小鼠有中毒跡象。他們繼續評估了turbinmicin在嗜中性粒細胞小鼠感染耐藥菌株C. auris (strain B11211)中的療效。結果觀察到turbinmicin在感染小鼠中存在劑量依賴性療效，並且在給藥濃度範圍內未發現中毒跡象。此外，Turbinmicin 在這些小鼠模型中顯示的抗真菌活性與其療效高度相關。為了進一步評估臨床效果，他們還評估了turbinmicin對高致死率的抗三唑真菌A. fumigatus的療效。對於體內模型，他們選擇中性粒細胞減少和皮質類固醇免疫抑制肺損傷小鼠模型，並透過定量聚合酶鏈式反應（PCR）進行分析。結果顯示turbinmicin對A. fumigatus的劑量依賴性抑制作用與C. auris相似，並且所有的小鼠在turbinmicin治療期內都表現健康（圖4）。
為了破解turbinmicin逆天的抗耐藥真菌機制，David R. Andes和Tim S. Bugni團隊從釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）DNA-條形碼敲除和敲降庫著手。他們使用mRNA干擾（DAmP）敲降文庫來降低必需基因的丰度，同時在非必需基因突變的診斷DNA-條形碼敲降文庫中評估turbinmicin 的效果。化學遺傳學分析顯示SEC14基因最引人注目。SEC14編碼蛋白Sec14p 是一種trans-高爾基體網路的磷脂醯肌醇-磷脂醯膽鹼轉移蛋白。Sec14p是經過驗證的真菌靶點，但迄今為止還從未有批准的抗真菌藥物涉及此靶標。非必需敲除文庫研究同樣支援了Sec14p是turbinmicin 靶標的觀點。接著，他們用Transpose NET 構建了一個遺傳互作網路，這是一種使用診斷基因集稀疏資料輸入網路節點的演算法。結果顯示SEC14 是該網路的一個“隱藏”中心節點。DAmP技術、診斷非必需遺傳資料以及來自單倍劑量不足文庫的C. albicans 突變體時間殺滅研究都支援Sec14p作為turbinmicin的主要靶點。另外，他們還直接透過釀酒酵母綠色熒光載運蛋白（GFP）Snc1分泌和內吞模型研究turbinmicin對膜運輸的干擾作用。研究發現，在釀酒酵母指數增長期，GFP Snc1 在初生芽質膜中大量積累，並且更溫和地定殖於高爾基體和內體膜中。然而，在turbinmicin 的存在下，GFP Snc1不再集中於芽內，而是隻存在於高爾基體和內體。
總結
對於真菌藥物研發而言，既要保持藥物的安全性，又要避免真菌耐藥性，成為橫梗於藥物研發專家面前的兩座“大山”。即使是現有的棘白菌素、兩性黴素和唑類抗真菌藥物也無法圓滿地解決上述問題。“海洋鬥士”Turbinmicin的出現，無疑是近年來天然藥物資源篩選出的“王炸”級別先導化合物，必然會引起學術界的高度關注和跟進研究，甚至極大地鼓舞了海洋天然產物研發陣營計程車氣。
A marine microbiome antifungal targets urgent-threat drug-resistant fungi
Fan Zhang, Miao Zhao, Doug R. Braun, Spencer S. Ericksen, Jeff S. Piotrowski, Justin Nelson, Jian Peng, Gene E. Ananiev, Shaurya Chanana, Kenneth Barns, Jen Fossen, Hiram Sanchez, Marc G. Chevrette, Ilia A. Guzei, Changgui Zhao, Le Guo, Weiping Tang, Cameron R. Currie,
Scott R. Rajski, Anjon Audhya, David R. Andes, Tim S. Bugni
Science, 2020, 370, 974–978, DOI: 10.1126/science.abd6919