Сотни новых бактерий и два потенциальных антибиотика обнаружены в почве

Большинство бактерий невозможно культивировать в лаборатории, что ограничивало поиск новых лекарств. Многие современные антибиотики происходят от микробов, но по мере роста устойчивости к ним исследователи обратились к скрытому резервуару почвенных микроорганизмов.

Учёные разработали метод доступа к этому «микробному золотому дну», описанный в Nature Biotechnology. Он обходит необходимость выращивать бактерии в лаборатории, позволяя извлекать из почвы крупные фрагменты ДНК, собирать из них геномы ранее неизвестных микробов и искать в этих геномах биологически активные молекулы.

Из одного образца лесной почвы команда получила сотни полных бактериальных геномов, ранее не встречавшихся науке, а также два новых перспективных антибиотика. Метод предлагает масштабируемый способ поиска новых лекарств среди некультивируемых бактерий и открывает доступ к обширной, неисследованной микробной среде.

Микробная тёмная материя

Почва — крупнейший и наиболее биоразнообразный резервуар бактерий на планете. Однако о миллионах микробов в земле известно мало. Учёные полагают, что эти скрытые бактерии содержат не только новые терапевтические средства, но и ключи к пониманию их роли в климате и сельском хозяйстве.

Чтобы получить доступ к ним, команда оптимизировала метод выделения крупных фрагментов ДНК высокого качества прямо из почвы. В сочетании с длинночтением нанопорового секвенирования это позволило получить непрерывные участки ДНК длиной в десятки тысяч пар оснований — в 200 раз длиннее, чем раньше.

Для преобразования новых генетических последовательностей в биологически активные молекулы команда применила подход синтетических биоинформатических природных продуктов (synBNP). Они биоинформатически предсказали химические структуры природных продуктов прямо из данных генома, а затем химически синтезировали их в лаборатории. С помощью этого подхода учёные превратили генетические «чертежи» некультивируемых бактерий в реальные молекулы, включая два мощных антибиотика.

Два новых кандидата в лекарства

Применение метода к одному образцу лесной почвы дало 2.5 терабаз пар последовательностей — самое глубокое длинночитаемое исследование единичного почвенного образца на сегодня. Анализ выявил сотни полных контиговых бактериальных геномов, более 99% из которых были совершенно новы для науки.

Обнаруженные два ведущих соединения могут стать мощными антибиотиками. Одно из них, эрутацидин, нарушает бактериальные мембраны через необычное взаимодействие с липидом кардиолипином и эффективно даже против самых устойчивых бактерий. Другое, тригинтамицин, действует на белок-разворачивающий мотор ClpX — редкую антибактериальную мишень.

Это лишь начало. Исследование показывает, что ранее недоступные микробные геномы теперь можно расшифровывать и в масштабе искать в них биологически активные молекулы без культивирования организмов.