Скрытые гены могут стать источником новых антибиотиков

Ученые из Университета Райса разработали новые переключатели для управления «молчащими» генами в штамме бактерий Streptomyces. Эта стратегия может ускорить поиск новых антибиотиков в условиях кризиса устойчивости к ним.

Проблема «генетической темной материи»

• Каждый штамм Streptomyces способен производить в среднем до 40 различных молекул, включая антибиотики.
• Однако в лабораторных условиях многие генные кластеры, ответственные за этот синтез, «молчат», так как бактерии эволюционно производят антибиотики только в естественной среде (например, в почве).
• Это делает невозможным выделение и скрининг потенциально полезных химических соединений.

Решение на основе CRISPR-Cas9

Исследователи во главе с Джеймсом Чаппеллом и аспирантом Андреа Америозо адаптировали инструменты CRISPR для контроля экспрессии этих скрытых генов.

• Новый подход: В клетку вводятся синтетические регуляторы (один белок и небольшая молекула РНК), чтобы искусственно стимулировать или подавлять экспрессию целевых путей.
• Преимущество: Метод устраняет необходимость в трудоемком поиске естественных триггеров для «пробуждения» генов.
• Первое применение: Хотя CRISPR-Cas9 ранее использовался для активации генов в организмах вроде Escherichia coli, это его первое применение для Streptomyces.

Масштабируемость и перспективы

• Технология основана на простом дизайне CRISPR для связывания с разными последовательностями ДНК, что теоретически позволяет применять её к различным видам и путям биосинтеза.
• Цель: Масштабировать метод, чтобы активировать все ~40 «молчащих» путей в одном виде, а затем применить к тысячам микроорганизмов.
• Дальнейшая работа: Америозо работает над флуоресцентным репортером для наблюдения за активацией кластеров в реальном времени, что заменит трудоемкий низкопроизводительный процесс очистки молекул.

Широкий потенциал

Помимо антибиотиков, эта платформа может быть использована для производства молекул с противогрибковой, противоопухолевой активностью или для применения в сельском хозяйстве. Многие из этих соединений в природе могут выполнять роль сигналов коммуникации между клетками.

Исследование, опубликованное в Nucleic Acids Research, закладывает основу для нового масштабируемого подхода к раскрытию «генетической темной материи» в поиске полезных соединений.