天然産物合成のための新しい遺伝子クラスターは、マングローブ沼地微生物叢に豊富です

天然の微生物群集は、生態学的およびバイオテクノロジーに関連する活動を備えた多様な二次代謝産物を生成します。それらのいくつかは薬物として臨床的に使用されており、その生産経路はいくつかの培養可能な微生物で特定されています。しかし、自然界の微生物の大部分は培養されていないため、これらの代謝産物の合成経路を特定し、宿主を追跡することは依然として課題です。マングローブ沼地の微生物生合成の可能性はほとんど不明のままです。ここでは、マングローブ湿地の支配的な微生物集団における生合成遺伝子クラスターの多様性と斬新さを調べ、809の新しく再構築されたドラフトゲノムを採掘し、これらのクラスターの活性と製品をMetatranscriptomicおよび代謝技術を使用して調査しました。これらのゲノムから合計3,740個の生合成遺伝子クラスターが特定されました。これには、1,065個のポリケチドおよび非リボソームペプチド遺伝子クラスターを含み、86％は生合成遺伝子クラスター（MIBIG）リポジトリに関する最小情報の既知のクラスターと類似性を示しませんでした。これらの遺伝子クラスターのうち、59％には、デスルホバクテロタ関連の門とクロロフェクソタの新種または系統が抱えていました。そのメンバーは、マングローブ湿地に非常に豊富で、合成天然物がほとんど報告されていません。Metatranscriptomicsは、特定された遺伝子クラスターのほとんどがフィールドおよび微小宇宙サンプルで活性であることを明らかにしました。皮膚のメタボロミクスも堆積物の濃縮から代謝産物を特定するために使用され、生成された質量スペクトルの98％は認識できず、これらの生合成遺伝子クラスターの新規性をさらに支持しました。私たちの研究は、マングローブの沼地の微生物代謝産物貯水池の角にタップし、貴重な活動を伴う新しい化合物の発見の手がかりを提供します。現在、既知の臨床薬物の大部分は、いくつかの細菌系統の栽培種に由来しています。新しい技術を使用して、自然に耕作不可能な微生物の生合成の可能性を調査することは、新しい医薬品の開発にとって重要です。マングローブ湿地から再構築された多数のゲノムに基づいて、以前に疑われていない系統群に豊富で多様な生合成遺伝子クラスターを特定しました。これらの遺伝子クラスターは、特に非リボソームペプチド合成酵素（NRP）およびポリケチドシンターゼ（PK）のさまざまな組織アーキテクチャを示し、マングローブ湿地微生物叢に貴重な活性を持つ新しい化合物の存在を暗示しています。

Natural microbial communities produce a diverse array of secondary metabolites with ecologically and biotechnologically relevant activities. Some of them have been used clinically as drugs, and their production pathways have been identified in a few culturable microorganisms. However, since the vast majority of microorganisms in nature have not been cultured, identifying the synthetic pathways of these metabolites and tracking their hosts remain a challenge. The microbial biosynthetic potential of mangrove swamps remains largely unknown. Here, we examined the diversity and novelty of biosynthetic gene clusters in dominant microbial populations in mangrove wetlands by mining 809 newly reconstructed draft genomes and probing the activities and products of these clusters by using metatranscriptomic and metabolomic techniques. A total of 3,740 biosynthetic gene clusters were identified from these genomes, including 1,065 polyketide and nonribosomal peptide gene clusters, 86% of which showed no similarity to known clusters in the Minimum Information about a Biosynthetic Gene Cluster (MIBiG) repository. Of these gene clusters, 59% were harbored by new species or lineages of Desulfobacterota-related phyla and Chloroflexota, whose members are highly abundant in mangrove wetlands and for which few synthetic natural products have been reported. Metatranscriptomics revealed that most of the identified gene clusters were active in field and microcosm samples. Untargeted metabolomics was also used to identify metabolites from the sediment enrichments, and 98% of the mass spectra generated were unrecognizable, further supporting the novelty of these biosynthetic gene clusters. Our study taps into a corner of the microbial metabolite reservoir in mangrove swamps, providing clues for the discovery of new compounds with valuable activities. IMPORTANCE At present, the majority of known clinical drugs originated from cultivated species of a few bacterial lineages. It is vital for the development of new pharmaceuticals to explore the biosynthetic potential of naturally uncultivable microorganisms using new techniques. Based on the large numbers of genomes reconstructed from mangrove wetlands, we identified abundant and diverse biosynthetic gene clusters in previously unsuspected phylogenetic groups. These gene clusters exhibited a variety of organizational architectures, especially for nonribosomal peptide synthetase (NRPS) and polyketide synthase (PKS), implying the presence of new compounds with valuable activities in the mangrove swamp microbiome.