Поиск лекарств в почве: учёные привлекают гражданских исследователей
Микробы — не только источник болезней, но и богатый источник лекарств. Эксперты полагают, что многие жизненно важные соединения, производимые ещё не изученными бактериями, ждут своего открытия. Однако традиционный путь — выращивание бактерий в лаборатории для идентификации молекул — не всегда возможен.
Исследователи из Лаборатории генетически закодированных малых молекул Шона Брэди нашли способ обойти эти препятствия. Используя технологии геномного секвенирования, они изучают организмы в средах обитания (например, в почве), не выращивая микробы в лаборатории. Они составляют карты расположения генетических кластеров, которые, как предполагается, кодируют новые антибиотики. В этом им помогают гражданские учёные по всей стране, присылающие образцы почвы из труднодоступных регионов.
В предварительном исследовании лаборатория Брэди проанализировала около 100 образцов почвы из двух регионов США, ища генетические последовательности, кодирующие способность к синтезу определённых молекул. «Мы надеемся расширить исследование на другие регионы страны и мира, чтобы создать карты биосинтетического разнообразия почвенных микробов», — говорит постдок лаборатории Закари Чарлоп-Пауэрс. Эти карты могут помочь в поиске лекарств, выявляя варианты известных бактериальных генов, которые могут быть частью кластера, кодирующего новый антибиотик.
Медицина уже многим обязана микробам, особенно бактериям. Эти организмы дали или вдохновили множество антибиотиков (от тетрациклина до ванкомицина), противораковых препаратов и средств для подавления иммунитета при трансплантации органов. Эти бактериальные натуральные продукты являются частью химической защитной системы организмов.
«Однако генетические данные указывают на то, что существует множество бактерий, которых мы, возможно, не сможем культивировать», — говорит Брэди. «И они должны быть столь же богатым источником полезных натуральных продуктов. Мы разрабатываем генетические инструменты для поиска новой химии, изучая гены, используемые для синтеза этих природных соединений».
В течение последних пяти лет лаборатория Брэди секвенирует и анализирует ДНК, полученную непосредственно из почвы, чтобы выявить потенциально полезные гены, которые затем пересаживаются в более удобные для лаборатории микроорганизмы.
Чарлоп-Пауэрс, Брэди и коллеги недавно опубликовали в Proceedings of the National Academy of Sciences первое географическое исследование, призванное ускорить этот процесс открытия. В этой работе они сосредоточились на генах, ответственных за производство двух важных семейств биологически активных молекул: нерибосомных пептидов и поликетидов. Эти семейства включают большинство терапевтических молекул, выделенных из культивируемых бактерий. Несмотря на их разнообразие, базовая генетическая архитектура остаётся постоянной: повторяющиеся генетические домены генерируют молекулы конвейерным способом, который эволюция часто модифицировала.
В ДНК из 96 образцов почвы учёные исследовали два таких домена, чтобы оценить разнообразие и богатство микробов, способных производить соединения этих семейств. Они обнаружили связь между типом почвы и видами молекул, которые её микробы могут производить. «По непонятным нам причинам, засушливые почвы содержали микробов, способных производить большее разнообразие соединений», — отмечает Чарлоп-Пауэрс. Для этого предварительного исследования Брэди попросил свою семью прислать образцы из Аризоны и Нью-Мексико, а другой постдок его лаборатории, Джереми Оуэн, собрал почву в Новой Англии.
Лаборатория Брэди хотела бы расширить это исследование и поощряет гражданских учёных к участию. Лаборатория создала сайт www.drugsfromdirt.org. После регистрации участники получат инструкции по сбору и отправке образцов. Процесс прост: «Возьмите пакет для сэндвичей, ложку или совок, положите пару ложек почвы в пакет и отправьте нам», — говорит Брэди.