Генетический метод использует механизм переноса бактерий для производства новых активных веществ
Микроорганизмы производят множество природных соединений, которые можно использовать как активные вещества для лечения инфекций или рака. Генетические схемы этих молекул есть в генах микробов, но часто остаются неактивными в лабораторных условиях.
Исследователи из Института фармацевтических исследований Гельмгольца в Саарланде (HIPS) разработали генетический метод ACTIMOT, который использует естественный бактериальный механизм переноса генетического материала для производства новых активных веществ. Результаты опубликованы в журнале Science.
В отличие от людей, бактерии могут обмениваться генетическим материалом. Известный пример — передача генов устойчивости к антибиотикам между патогенами. Этот перенос генов позволяет бактериям быстро адаптироваться и является основным драйвером распространения антибиотикорезистентности.
Учёные из HIPS и Немецкого центра исследований инфекций (DZIF) использовали этот природный принцип для амплификации и выделения генетических схем новых биоактивных природных соединений — так называемых биосинтетических кластеров генов (BGCs).
Как работает ACTIMOT
Метод ACTIMOT (Advanced Cas9-mediaTed In vivo MObilization and mulTiplication of BGCs) использует технологию CRISPR-Cas9 ("генетические ножницы") для точного вмешательства в геном бактерий.
Поскольку BGC часто малоактивны в лаборатории, их извлекают из генома с помощью ACTIMOT и встраивают в мобильную генетическую единицу (плазмиду), которую затем размножает сама бактерия. Все эти шаги выполняются с использованием молекулярного механизма, который также позволяет бактериям передавать гены устойчивости.
Во многих случаях амплификация кластеров на плазмидах уже достаточна для производства закодированных природных соединений. Если это не удаётся, сформированные плазмиды можно легко перенести в альтернативный штамм-продуцент.
Результаты и перспективы
В ходе исследования команда обнаружила 39 новых природных соединений из четырёх ранее неизвестных классов. Это даёт уверенность, что ACTIMOT может значительно ускорить поиск новых кандидатов в лекарства.
"Наш подход имитирует естественный процесс переноса генов, чтобы напрямую высвобождать и амплифицировать целые BGC внутри родственной бактериальной клетки, открывая доступ к ранее скрытым природным продуктам", — говорит Чжэнчжан Фу, руководитель группы в HIPS и последний автор исследования.
"Микроорганизмы предлагают нам невероятный потенциал для производства новых химических соединений, которые мы можем использовать, среди прочего, для разработки urgently needed активных ингредиентов", — добавляет Рольф Мюллер, научный директор HIPS.
Пока метод применялся к бактериям рода Streptomyces, но авторы планируют расширить его на другие виды бактерий с высоким потенциалом производства неизвестных природных соединений. Помимо этого, ACTIMOT имеет потенциал для применения в крупномасштабном производстве ценных природных соединений, исследовании неизвестных генетических путей и оптимизации природных продуктов.