Новый алгоритм открывает химическое разнообразие грибов
Новый тип химических реакций в грибах оказался одновременно широко распространённым и, вероятно, катализируемым высокоактивными ферментами. Эти две особенности делают связанные с ним гены ценными маркерами для поиска биологически активных соединений с медицинским и химическим потенциалом. Однако до недавнего времени этот тип химии оставался практически невидимым для науки.
В последние 15 лет поиск полезных молекул в живых организмах (многие из которых перспективны как лекарства, антимикробные агенты, катализаторы или пищевые добавки) опирался на алгоритмы, обученные искать в ДНК бактерий, грибов и растений гены, кодирующие известные ферменты-"двигатели" синтеза таких соединений.
"Поле исследований упёрлось в стену в начале 2000-х, когда процесс открытия сводился к экстракции веществ из грибов и проверке их свойств. Но мы постоянно переоткрывали одно и то же", — говорит Грант Никлс, аспирант лаборатории Нэнси Келлер.
Существующие алгоритмы были "заточены" на поиск генов, связанных лишь с тремя каноническими типами ключевых ферментов, что ограничивало открытия.
Поворотным моментом стала расшифровка в 2005 году генома гриба Aspergillus fumigatus. В нём обнаружилось неожиданно много кластеров генов, ответственных за синтез вторичных метаболитов.
Позже лаборатория Келлер обнаружила кластеры генов, работа которых зависит от фермента изоцианид синтазы, не входящего в тройку "канонических".
В новом исследовании, опубликованном в Nucleic Acids Research, Никлс, Келлер и их коллеги представили алгоритм для поиска в геномах грибов биосинтетических генных кластеров, синтезирующих изоцианиды.
"Я запустил новый алгоритм на всех найденных в интернете грибных геномах — около 3300 видов — и обнаружил, что это пятый по величине класс природных соединений, производимых грибами", — сообщает Никлс. — "И он был почти полностью невидим до этого исследования".
Более 1300 видов грибов имеют генные кластеры, связанные с химией изоцианидов.
"Вероятно, эти кластеры производят что-то полезное для гриба, иначе трудно объяснить, почему эти гены так распространены и сохранены у многих видов", — говорит соавтор Милтон Дротт.
Исследователи создали поисковый веб-сайт с каталогом своих находок, что позволит другим лабораториям, особенно сфокусированным на конкретных видах грибов, начать работу без ресурсоёмкого алгоритмического поиска.
Перспективы открытия огромны: от новых антибактериальных препаратов и пестицидов до промышленных катализаторов. Например, виды рода Fusarium, вызывающие болезни злаков, также имеют изоцианидные кластеры, что может быть связано с их патогенностью.
"Мы так мало знаем о том, что могут делать изоцианиды, что просто не представляем, что найдём. Но теперь, по крайней мере, мы знаем, с чего начать поиск", — заключает Дротт.