CRISPR udvinder bakteriegenom til skjulte farmaceutiske skatte

I kampen mod sygdom, mange våben i det medicinske arsenal er selv blevet plyndret fra bakterier. Ved at bruge CRISPR-Cas9 genredigeringsteknologi, forskere har nu afsløret endnu flere potentielle skatte gemt i tavse gener.

En ny undersøgelse fra forskere ved University of Illinois og kolleger ved Agency for Science, Teknologi og forskning i Singapore brugte CRISPR-teknologi til at aktivere uudtrykt, eller "stille, "genklynger i Streptomyces, en almindelig klasse af bakterier, der naturligt producerer mange forbindelser, der allerede er blevet brugt som antibiotika, midler mod kræft og andre lægemidler. Studiet, ledet af professor i kemisk og biomolekylær ingeniør Huimin Zhao, blev offentliggjort i tidsskriftet Naturens kemiske biologi .

"I fortiden, forskere har netop screenet de naturlige produkter, som bakterier fremstillede i laboratoriet for at søge efter nye lægemidler, " sagde Zhao. "Men når hele bakterielle genomer blev sekventeret, vi indså, at vi kun har opdaget en lille del af de naturlige produkter, der er kodet i genomet.

"Størstedelen af ​​biosyntetiske genklynger udtrykkes ikke under laboratorieforhold, eller er udtrykt på meget lave niveauer. Det er derfor, vi kalder dem tavse. Der er en masse nye lægemidler og ny viden, der venter på at blive opdaget fra disse tavse genklynger. De er virkelig skjulte skatte."

For at finde uopdagede genomiske skatte, forskerne brugte først beregningsværktøjer til at identificere tavse biosyntetiske genklynger - små grupper af gener involveret i fremstillingen af ​​kemiske produkter. Derefter brugte de CRISPR-teknologi til at indsætte en stærk promotorsekvens før hvert gen, som de ønskede at aktivere, får cellen til at lave de naturlige produkter, som generne klynger kodede for.

"Dette er en mindre udforsket retning med CRISPR-teknologien. Det meste af CRISPR-relateret forskning fokuserer på biomedicinske applikationer, som behandling af genetiske sygdomme, men vi bruger det til at opdage lægemidler, " sagde Zhao. Hans laboratorium var det første, der tilpassede CRISPR-systemet til Streptomyces. "Tidligere, det var meget svært at tænde eller slukke for et specifikt gen i Streptomyces-arter. Med CRISPR, nu kan vi målrette mod næsten ethvert gen med høj effektivitet."

Holdet lykkedes med at aktivere en række tavse biosyntetiske genklynger. For at lede efter lægemiddelkandidater, hvert produkt skal isoleres og studeres for at bestemme, hvad det gør. Som en demonstration, forskerne isolerede og bestemte strukturen af ​​en af ​​de nye forbindelser produceret fra en tavs biosyntetisk genklynge, og fandt ud af, at det har en fundamentalt anderledes struktur end andre Streptomyces-afledte lægemidler - en potentiel diamant i rå.

Zhao sagde, at sådanne nye forbindelser kunne føre til nye klasser af lægemidler, der unddrager sig antibiotikaresistens eller bekæmper kræft fra en anden vinkel.

"Antimikrobiel resistens er en global udfordring. Vi ønsker at finde nye handlemåder, nye ejendomme, så vi kan afdække nye måder at angribe kræft eller patogener på. Vi ønsker at identificere nye kemiske stilladser, der fører til nye lægemidler, snarere end at ændre eksisterende typer af lægemidler, " han sagde.