每天，当我们用肥皂洗手、刷牙漱口的时候，一场看不见的微观战争也在进行着。数以亿计的微生物们正在进行着复杂而原始的生存博弈。它们有的是我们的"老朋友"——守护着肠道健康的益生菌，有的则是蠢蠢欲动的"坏家伙"——随时准备引发感染的致病菌。
而在这个微生物的世界里，还生活着一群"不显眼的隐士"——古菌，这群地球上最古老、最神秘的生命形式之一。

一．来自40亿年前的"隐居生命体"
这次，古菌就像是那个武侠小说里的"扫地僧"。它们能在接近沸腾的酸性温泉中畅游，在海底高压热液喷口附近安居乐业，能承受巨大压力和有毒的化学环境。在中国南海的深处、黄石公园的温泉里、南极洲的冰层深处，甚至是切尔诺贝利核电站的废墟之中，都能找到它们的身影。
40亿年以来，它们在这些"生命禁区"中不断进化，也演化出了不同的生存智慧。在生物分类学的大家庭中，古菌与细菌、真核生物并列为生命的三大域。正是这些差异，让它们可能拥有全新的生化防御机制——特别是那些可能成为有效抗生素的分子。
二．抗生素危机与人工智能AI的精准搜索
在面对"超级耐药"的威胁时，研究团队将目光投向了古菌。他们使用AI深度学习这把"智能放大镜"，在古菌的蛋白质海洋中寻找那些隐藏的抗菌"珍珠"。
研究团队开发了名为APEX 1.1的系统——一个经过升级的智能深度学习抗菌活性预测器。这个"智能工具"学习了15,718个抑菌浓度数值，涵盖1,642种多肽对11种病原菌株的影响数据。
接下来，AI系统扫描了来自233种古菌的18,677个蛋白质序列，从中提取出惊人的193,331,608个潜在的加密多肽——这些就像是藏在古菌蛋白质中的"密码片段"。

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三．出人意料的发现：12,623种古菌素候选分子
经过人工智能的精密筛选，APEX 1.1识别出了12,623个具有潜在抗菌活性的多肽分子，研究者将它们命名为"古菌素"(archaeasins)。
对比实验显示，古菌中抗菌多肽的比例达到了0.00653%，比随机序列的发现率高出2.38倍。这说明古菌可能是一个"抗菌多肽的富集矿"。
更有趣的是，基因组更大的古菌物种往往编码更多的预测活性多肽——换句话说，拥有更多基因的古菌，也拥有更多的抗菌"军火库"。
四．独特的"身份系统"
古菌素有着独特的氨基酸组成特征。与已知的抗菌多肽相比，古菌素含有更多的谷氨酸残基（即带负电荷的氨基酸），同时仍然保持着阳离子残基的优势，形成了一种独特的电荷平衡。这种平衡可能是它们发挥抗菌作用的关键所在。
五．实验验证：93%的高成功率
理论预测再精确，也必须经过实验检验。研究团队从12,623个古菌素候选分子中，精心挑选了80个进行化学合成和实验验证。
实验结果令人振奋：80个古菌素中有75个（命中率93.75%）对至少一种病原菌显示出抗菌活性。这种极高的命中率远远超出了研究者的预期。
测试的病原菌包括了医院里最"头疼"的几种超级耐药菌：鲍曼不动杆菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌（包括MRSA）、以及万古霉素耐药肠球菌等。

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六．独特的"战斗策略"
传统抗菌多肽大多像一个"攻城锤"，会从外部直接攻击细菌的细胞膜。然而，古菌素采用了截然不同的"战术"——它们更像是潜入敌军的"间谍"，专门破坏细菌内部的"通讯指挥系统"。
研究发现，古菌素主要通过去极化细菌的细胞质膜来发挥抗菌作用。这种机制就像是切断了细菌的"电力供应"，使细菌从内部"瘫痪"。更重要的是，这种新颖的作用机制可能更不容易受到现有耐药途径的影响。
七．团队协作的力量
研究者发现，来自相同或相近古菌物种的古菌素之间经常表现出协同合作的作用，就像是训练有素的"特种部队"。
特别是来自极端嗜热古菌的多肽——如热产甲烷球菌属、热产甲烷杆菌属、热球菌属和火球菌属物种的古菌素——显示出了最强的协同效应。两种古菌素联合使用时，每种的用量只需要原来的1/4就能达到同样的抗菌效果。
八．安全性评估：温和且友好
一个理想抗菌药物的特点是"杀菌不伤己"。古菌素具备了这种能力。
在安全性测试中，大多数古菌素在有效抗菌浓度下并未显示出毒性效应。在人胚胎肾细胞的细胞毒性测试中，80个古菌素中的26个显示出非常小的细胞毒性效应。
这种选择性杀伤能力——对细菌狠，对人体细胞温和——也是理想抗菌剂的特征。
九．动物实验：与"最后的防线"抗生素效果相当
在小鼠皮肤脓肿模型中，仅仅单次给药，三个最佳古菌素就在2天后将细菌载量降低了1.5到2个数量级。其中古菌素-73的表现尤其突出，效果与多粘菌素B这个"最后的防线"抗生素相当！
在更严苛的深部大腿感染模型中，古菌素仍然表现出了明显的抑菌效果，阻止了感染的进一步扩散。
十．自然智慧下的启示
这项研究带给我们了一些思考：40亿年来，古菌在极端环境中进化出了精妙的"化学武器"。它们的生存策略不是创造全新的分子，而是在漫长的进化过程中，通过自然选择优化出最适合的解决方案。
许多古菌素来自于细胞内具有重要功能的蛋白质——比如ATP结合、金属离子结合、DNA结合蛋白质等。这意味着最有效的"抗菌物质"可能就隐藏在最普通的"生命活动"之中。
十一．人工智能：自然的"翻译官"
在这项研究中，AI并不是要取代自然的智慧，而是充当了一个高效的"翻译官"。它帮助我们读懂了古菌在40亿年进化过程中所积累的"化学词典"。
如果没有人工智能的帮助，要从近两亿个候选分子中找出有效的抗菌肽，可能需要数十年甚至数百年的时间。而这个系统在很短时间内就完成了这项"大海捞针"的工作，命中率高达了93%。

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十二．未来展望：一扇新的大门
这项研究为我们开启了一扇新的大门。在不远的将来，当我们再次面对超级细菌的威胁时，我们的"抗菌库"中可能不仅有传统的抗生素，还会有来自40亿年前古菌智慧的"古菌素"。
但要将古菌素从实验室带到我们身边，还需要更全面的临床前试验。但这项研究也说明：真正的创新，不一定是从零开始创造全新的事物，也可能是用全新的方式去发现自然界早已存在的智慧。
最后，古菌素的研究也给我们带来了一个启示——即不是征服自然的人定胜天，而是与自然合作、向自然学习的希望。因为，在生命的长河中，我们都是学生，而自然，是我们最好的老师。
也如这项研究所展示的，谦逊地向自然学习，并用现代工具来解读古老的智慧，我们也许就能找到应对现代挑战的新方法。古菌素的发现不仅为我们提供了对抗超级细菌的新武器，更提醒我们要尊重自然、学习自然，在与自然的合作中寻找未来的答案。

参考资料:

Torres, MDT, Wan, F. 和 de la Fuente-Nunez, C. 深度学习揭示古菌蛋白质组中的抗生素。 《自然微生物学》 （2025）。https://doi.org/10.1038/s41564-025-02061-0

来源: 紫龙科传