Forskere vækker DNA fra jordbakterier for at opdage nyt syreantibiotikum

Sklerinsyre er blevet opdaget ved at fange og konstruere et DNA-fragment fra jordbakterier Streptomyces sclerotialus, og kunne hjælpe med at bekæmpe bakterielle infektioner - af forskere ved School of Life Sciences og Institut for Kemi, University of Warwick.

Et team ledet af Dr. Christophe Corre og Dr. Manuela Tosin har fået publiceret i Kemisk Videnskab karakteriseringen af ​​et nyt bioaktivt naturprodukt, hvis derivater kunne bruges som antibiotika og hjælpe med at bekæmpe infektioner.

Det nye molekyle blev krypteret i en tavs klynge af gener i jordbakterien Streptomyces sclerotialus (isoleret i Pune—Indien) og opdaget ved at aktivere en ellers tavs vej ved hjælp af en kombination af bioinformatiske analyser, CRISPR/Cas9 genredigering og analytisk kemiinstrumentering.

Bioinformatiske værktøjer gør det muligt at identificere proteiner kodet i DNA-sekvenser og at forudsige den rolle, de kan spille. I de fleste undersøgelser havde til formål at opdage nye naturprodukter, forskere leder efter konserverede enzymer med homologi til kendte biosyntetiske maskiner. I dette studie, konserverede regulatoriske elementer forbundet med biosyntetiske gener blev målrettet. En tilgang, der forventes at føre til opdagelsen af ​​naturlige produkter samlet af helt nye typer biokatalysatorer.

Undersøgelsen afslørede en strukturelt ny klasse af naturlige produkter, men også nye biosyntetiske enzymer, der katalyserer unikke kondensationsreaktioner mellem de byggesten, der udgør sklerinsyre. Sådanne enzymer kan finde fremtidige anvendelser som biokatalysatorer til fremstilling af højværdikemikalier.

Ekspressionen og manipulationen af ​​klyngen af ​​gener af interesse blev udført i en sekundær organisme ved hjælp af hurtig og effektiv CRISPR/Cas9-baseret genredigeringsteknologi. Det betyder, at der ikke er behov for at optimere en protokol til konstruktion af de bakteriearter, der er af interesse, og denne tilgang kan udvides til at udnytte genklynger identificeret i genetisk vanskelige bakterier eller endda i metagenomer (genetisk materiale genvundet direkte fra miljøprøver).

Tilgangen til at konstruere genetisk lydløse veje, som bakterier menes at "normalt" bruger til at udkonkurrere andre mikroorganismer, kan resultere i opdagelsen af ​​en lang række nye antimikrobielle forbindelser - som kan hjælpe med at løse antibiotikaresistenskrisen.

Forskerne testede derefter sklerinsyrens mulige antibiotiske egenskaber og fandt ud af, at den viste moderat antibakteriel aktivitet mod Mycobacterium tuberculosis (H37Rv), udviser en 32% inhibering af væksten af ​​denne stamme. Sklerinsyren viste også hæmmende aktivitet på det cancerassocierede metaboliske enzym nikotinamid N-methyltransferase (NNMT).

Dr. Christophe Corre, som er en del af Warwick Integrative Synthetic Biology Center, kommenterede:

"I løbet af det sidste årti, en kombination af teknologiske fremskridt, især i DNA-sekventering, udvikling af bioinformatikværktøjer, mikrobiel genteknologi og analytisk kemi, har virkelig ændret spillet. Nye strategier er blevet udviklet til at udnytte bakteriernes genomer og få adgang til en stor uudnyttet kilde af nye molekyler med terapeutisk potentiale, især til behandling af infektionssygdomme.

Ved hjælp af syntetisk biologi, vores undersøgelse har vist, at afbrydelse af låse på transskriptionelt niveau udløser produktionen af ​​helt nye bioaktive stoffer. Den næste game-changer vil være den succesfulde implementering af automatisering og robotteknologi til at karakterisere de tusindvis af naturlige produkter, der forbliver krypteret på DNA-niveau."