Ignorerende store tavse gener lader bakterier producere nye molekyler, potentielle lægemiddelkandidater

Ved at lokke repressorerne væk, der dæmper uudtrykt, tavse gener i Streptomyces -bakterier, forskere ved University of Illinois har låst op for flere store genklynger for nye naturprodukter, ifølge en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Naturens kemiske biologi .

Da mange antibiotika, kræftbekæmpelsesmidler og andre lægemidler er afledt af gener, der let udtrykkes i Streptomyces, forskerne håber, at genfritagende gener, der ikke tidligere er blevet udtrykt i laboratoriet, vil give yderligere kandidater i søgen efter nye antimikrobielle lægemidler, siger studieleder og professor i kemi og biomolekylær teknik Huimin Zhao.

"Der er så mange uopdagede naturprodukter, der ikke er udtrykt i genomer. Vi betragter dem som cellens mørke stof, "Sagde Zhao." Antimikrobiel resistens er blevet en global udfordring, så klart er der et presserende behov for værktøjer til at hjælpe med at opdage nye naturprodukter. I dette arbejde, vi fandt nye forbindelser ved at aktivere tavse genklynger, der ikke er blevet undersøgt før. "

Forskerne har tidligere demonstreret en teknik til at aktivere små tavse genklynger ved hjælp af CRISPR -teknologi. Imidlertid, store tavse genklynger har været vanskelige at ignorere. Disse større gener er af stor interesse for Zhaos gruppe, da en række af dem har sekvenser, der ligner regioner, der koder for eksisterende klasser af antibiotika, såsom tetracyclin.

For at låse op for de store genklynger af størst interesse, Zhaos gruppe skabte kloner af de DNA -fragmenter, de ville udtrykke og injicerede dem i bakterierne i håb om at lokke repressormolekylerne væk, der forhindrede genekspression. De kaldte disse kloner for transkriptionsfaktor lokkefugle.

"Andre har brugt denne lignende slags lokkeduer til terapeutiske anvendelser i pattedyrsceller, men vi viser her for første gang, at det kan bruges til opdagelse af lægemidler ved at aktivere tavse gener i bakterier, "sagde Zhao, der er tilknyttet Carle Illinois College of Medicine, Carl R. Woese Institute for Genomic Biology og Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation i Illinois.

For at bevise, at de molekyler, de kodede for, blev udtrykt, forskere testede lokkemetoden først på to kendte genklynger, der syntetiserer naturlige produkter. Næste, de skabte lokkefugle til otte tavse genklynger, der tidligere havde været uudforsket. I bakterier injiceret med lokkefugle, de målrettede tavse gener blev udtrykt, og forskerne høstede nye produkter.

"Vi så, at metoden fungerer godt for disse store klynger, der er svære at målrette efter andre metoder, "Sagde Zhao." Det har også den fordel, at det ikke forstyrrer genomet; det er bare at trække repressorerne væk. Derefter udtrykkes generne naturligt fra det native DNA. "

I søgen efter stofkandidater, hvert produkt skal isoleres og derefter undersøges for at bestemme, hvad det gør. Af de otte nye molekyler, der produceres, forskerne rensede og bestemte strukturen af ​​to molekyler, og beskrev en detaljeret i undersøgelsen - en ny type oxazol, en klasse af molekyler, der ofte bruges i lægemidler.

Forskerne planlægger ved siden af ​​at karakterisere resten af ​​de otte forbindelser og udfører forskellige assays for at finde ud af, om de har antimikrobielle midler, svampedræbende, kræftbekæmpelse eller andre biologiske aktiviteter.

Zhaos gruppe planlægger også at anvende lokketeknikken til at udforske mere tavse biosyntetiske genklynger af interesse for Streptomyces og i andre bakterier og svampe for at finde mere uopdagede naturprodukter. Andre forskergrupper er velkomne til at bruge teknikken til genklynger, de udforsker, Sagde Zhao.

"Princippet er det samme, forudsat at genekspression undertrykkes af transkriptionsfaktorer, og vi bare skal frigive dette udtryk ved hjælp af lokke -DNA -fragmenter, "Sagde Zhao.