1928年，亞歷山大?弗萊明（Alexander Fleming）在倫敦圣瑪麗醫(yī)院的醫(yī)學(xué)院工作時發(fā)現(xiàn)了第一種抗生素——青霉素（penicillin）。這種抗生素是由青霉屬中的霉菌產(chǎn)生的，能夠抑制葡萄球菌的生長。憑借此項發(fā)現(xiàn)，弗萊明在1945年被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

之后，弗萊明所發(fā)現(xiàn)的青霉菌菌種被交給牛津大學(xué)的研究小組保存。如今，來自倫敦帝國理工學(xué)院、牛津大學(xué)和國際應(yīng)用生物科學(xué)中心（CABI）的研究人員利用五十多年前冷凍保存的樣本，對這個原始青霉菌菌株開展了基因組測序。這項成果于9月24日發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上。
研究小組還將弗萊明的青霉菌菌株和美國現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)抗生素所用的菌株進(jìn)行比較。他們發(fā)現(xiàn)，英國菌株和美國菌株生產(chǎn)青霉素的方式略有不同，這可能對抗生素的工業(yè)生產(chǎn)有意義。

帝國理工學(xué)院生命科學(xué)系和牛津大學(xué)動物學(xué)系的Timothy Barraclough教授說：“我們原本打算將亞歷山大?弗萊明的青霉菌用于一些其他實驗，但讓我們驚訝的是，沒有人對這個原始的青霉菌基因組進(jìn)行測序，盡管它在生物界具有歷史意義。”

盡管弗萊明霉菌因青霉素的發(fā)現(xiàn)而聞名，但后來美國研究人員卻選擇發(fā)霉哈密瓜上的霉菌來生產(chǎn)抗生素。他們從發(fā)霉的哈密瓜上分離出原始的野生霉菌分離株，經(jīng)過多輪X射線、化學(xué)和紫外線誘變以及人工選擇，最終獲得青霉素產(chǎn)量高的分離株。

在這項研究中，研究團(tuán)隊獲得了保存在CABI菌種保藏庫中的冷凍樣本，并重新培養(yǎng)了弗萊明的原始青霉菌（Penicillium rubens）。他們提取出DNA，利用Illumina MiSeq測序平臺開展基因組測序，并將此基因組與先前發(fā)表的兩種青霉屬工業(yè)菌株的基因組進(jìn)行比較。

研究人員特別關(guān)注兩類基因：一類是編碼各種酶的基因（pcbAB、pcbC和penDE），青霉菌利用這些酶來產(chǎn)生青霉素；另一類是調(diào)控基因，這些基因能夠控制酶的產(chǎn)量。

他們發(fā)現(xiàn)，對于英國和美國的菌株，調(diào)控基因有著相同的遺傳密碼，但美國菌株擁有更多的拷貝，使得菌株產(chǎn)生更多的青霉素。不過，青霉素生產(chǎn)酶的編碼基因卻不相同。這表明，英國和美國的野生青霉菌經(jīng)過自然進(jìn)化，產(chǎn)生了略有不同的版本。

像青霉菌這樣的霉菌會產(chǎn)生抗生素來對付微生物，而微生物也會不斷進(jìn)化以躲避這些攻擊，如此這般，“軍備競賽”不斷升級。英國菌株和美國菌株的進(jìn)化方式可能不同，以適當(dāng)其當(dāng)?shù)氐奈⑸铩?br>
就目前而言，微生物進(jìn)化已成為一個大問題，因為許多細(xì)菌已對我們的抗生素產(chǎn)生了耐藥性。研究人員表示，盡管他們尚不清楚英國和美國菌株中不同酶的序列對抗生素有何影響，但這有望帶來青霉素生產(chǎn)的新方法。

文章的第1作者、帝國理工學(xué)院生命科學(xué)系的Ayush Pathak表示：“我們的研究有望激發(fā)對抗耐藥性的新解決方案。青霉素的工業(yè)生產(chǎn)主要關(guān)注產(chǎn)量，而人為提高產(chǎn)量的步驟導(dǎo)致基因數(shù)量的改變。”