11月29日，美國科學院院刊PNAS在線刊發了海洋所劉保忠課題組題為The mud-dwelling clam Meretrix petechialis secretes endogenously synthesized erythromycin 的研究論文。該研究首次發現埋棲貝類文蛤能在體內特定細胞中合成、儲存、分泌內源性的紅霉素，打破了只有放線菌能合成紅霉素的已有認知，基于此發現提出了埋棲貝類適應環境與抵御微生物侵染的新策略。Science期刊在該論文發表后的第一時間以“In a first for animals, clam makes its own antibiotic”為題對該研究進行了報道（Science/AAAS | News | Science, 378 (6623), DOI: 10.1126/science.adg0517）。
Science期刊報道截圖
自然界中一個經常被問到的問題是，無脊椎動物，尤其是生活在充斥豐富微生物的淺海灘涂等棲息地的物種，在沒有特異性免疫系統的狀況下，如何應對一個病原體密集的環境并正常生存？除了已知的先天免疫體系外，他們是否進化出其他的防御機制？研究團隊以埋棲貝類文蛤為對象，通過系統研究發現并給出了這一問題的新答案：即化學防御（如紅霉素合成）結合粘液屏障，與貝類細胞和體液免疫組成的先天免疫系統一起，構成了其應對特定環境的免疫“盔甲”。
紅霉素是一種高效的抗菌化合物，此前一直認為只能由細菌產生?？蒲腥藛T在文蛤外套膜轉錄組分析中，驚奇地發現了紅霉素合成過程的關鍵基因—紅霉內酯合酶基因（MpES）?？蒲腥藛T首先通過色譜-質譜聯用的方法確定紅霉素存在于文蛤外套膜組織中，然后利用透射電鏡、免疫組化等手段進一步定位并表征了外套膜中產生和儲存紅霉素的具體結構為一種粘液樣細胞，且紅霉素可以隨粘液分泌到體外，抑菌試驗結果證實了粘液具抗菌活性，而敲降MpES基因則影響體內紅霉素合成。遺傳分析表明MpES在文蛤家系親本和子代的基因型分離比符合孟德爾分離定律，支持了紅霉素合成基因的動物源性；系統進化分析和基因組區域的共線性分析也提示該基因起源于動物譜系。另外，在文蛤屬近緣物種的相同細胞中也檢測到了紅霉素合成，提示產生抗生素的能力可能更廣泛地存在于海洋無脊椎動物中，提供了動物與細菌次級代謝產物趨同進化的實例。該發現為理解無脊椎動物的環境適應和免疫防御機制提供了新的視角，也為經濟貝類的健康養殖和抗性育種提供了新思路。
文蛤在外套膜中合成紅霉素
紅霉素合成動物源性的部分證據
該論文是繼團隊2020年在PNAS報道貝類Hox基因背腹分離表達規律后，在該刊發表的又一重要研究成果。海洋所岳欣副研究員為該論文第一作者，美國卡內基研究所Margaret McFall-Ngai教授和海洋所劉保忠研究員為通訊作者。研究得到了國家重點研發計劃項目、農業部現代農業產業技術體系崗位科學家項目、青島海洋科學與技術試點國家實驗室項目等的聯合資助。
院地合作