Новый метод увеличения выхода антибиотиков
Обнаружен новый способ повышения количества антибиотиков, производимых бактериями, что может значительно улучшить выход этих важных соединений в коммерческом производстве. Метод также может быть полезен для открытия новых соединений. В условиях растущей угрозы антибиотикорезистентности этот инструмент будет очень полезен для обеспечения достаточного количества этих полезных соединений в будущем.
Большинство известных сегодня антибиотиков естественным образом производятся группой почвенных бактерий Streptomyces. Для коммерческого производства этих антибиотиков для клинического использования необходимо увеличить их выход. Обычно это достигалось путём случайного индуцирования мутаций и скрининга штаммов с повышенной продукцией — процесс, занимающий много лет. Когда технологии позволили проанализировать, как это достигалось, учёные обнаружили, что в некоторых случаях увеличение выхода было связано с повторяющимися копиями генов, необходимых для производства антибиотика.
Почти во всех случаях гены, необходимые для производства этих антибиотиков, сгруппированы вместе в бактериальном геноме. В работе, первоначально проведённой в John Innes Centre (стратегически финансируется Biotechnology and Biological Sciences Research Council), профессор Мервин Бибб и его коллега доктор Коджи Янаи из японской лаборатории обнаружили 36 повторяющихся копий одного генного кластера в штамме Streptomyces, который был неоднократно отобран для сверхпродукции антибиотика канамицина.
«Это навело нас на мысль, что контролируемая и стабильная амплификация антибиотических генных кластеров может быть возможна, и если это так, то это станет ценным инструментом для создания высокопродуктивных коммерческих штаммов бактерий», — сказал профессор Бибб.
Исследователи затем определили компоненты внутри Streptomyces, ответственные за создание 36 повторяющихся кластеров, которые привели к сверхпродукции канамицина. Это две последовательности ДНК, фланкирующие генный кластер, и белок ZouA, который распознаёт эти две последовательности и реплицирует их.
В исследовании, которое будет опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, профессор Бибб и его коллеги доктор Такеши Мураками и профессор Чарльз Томпсон из Университета Британской Колумбии вместе с той же японской фармацевтической лабораторией описывают систему для направленной амплификации генных кластеров.
Исследователи смогли сконструировать эти компоненты в генетические «кассеты» и вставить их в другой штамм Streptomyces. Они успешно использовали систему, чтобы заставить Streptomyces coelicolor сверхпродуцировать актинородин — антибиотик синего цвета. Они полагают, что система будет работать так же хорошо для многих других штаммов Streptomyces и антибиотиков, а также показали, что она функционирует в неродственной бактерии Escherichia coli.
Система также может помочь обнаружить новые, неизвестные антибиотики. Полные геномы ряда видов Streptomyces уже секвенированы, и ожидается, что их будет ещё больше. Исследователи смогли идентифицировать в этих последовательностях другие генные кластеры с неизвестными продуктами. Вероятно, многие из этих «криптических» генных кластеров производят потенциально новые антибиотики, но на неопределяемом уровне или только в определённых условиях окружающей среды. Используя систему амплификации генных кластеров, описанную здесь, можно будет амплифицировать эти криптические кластеры, идентифицировать их продукты и потенциально открыть новые антибиотики для борьбы с резистентными супербактериями.