Теперь ее лаборатория обнаружила, что те же самые грибы, вероятно, производят новые «натуральные продукты», которые могут действовать как антибиотики или другие соединения, используемые в биотехнологии. Исследование описано в статье «Анаэробные кишечные грибы – неиспользованный резервуар натуральных продуктов», опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Все живые существа оснащены естественной защитой, чтобы обеспечить их выживание. Микробы часто зависят от синтезированных натуральных продуктов, которые действуют как защита от угроз окружающей среды и позволяют им конкурировать с другими микробами. Многие из таких натуральных продуктов служат источником антибиотиков, используемых для борьбы с болезнями человека.
Анаэробные грибы по определению не используют кислород для производства натуральных продуктов. Таким образом, сказал О’Мэлли, "производство чего-либо обходится им в гораздо большей степени метаболически, чем производство аэробов.«Кроме того, все, что производит анаэробный микроб, должно быть тщательно« спроектировано »и чрезвычайно эффективно, поскольку бескислородным микробам не хватает энергии.
Лаборатория О’Мэлли в 2017 году предоставила U.S. Министерство энергетики с несколькими анаэробными кишечными грибами, которые затем были секвенированы в рамках более крупного сотрудничества.
«Мы начали видеть то, чего не ожидали найти: строительные блоки – кластеры биосинтетических генов, или BGC, – из которых обычно строятся антибиотики», – сказал О’Мэлли об этой работе. "BGC расположены рядом друг с другом на геноме и участвуют в ступенчатых химических реакциях. В этом случае они загружают молекулу в фермент – химически декорируя ее, если хотите, – а затем передают ее другому ферментному модулю и, таким образом, превращают его во все более сложную молекулу."
По ее словам, процесс молекулярной сборки важен, потому что он имитирует то, как часто производятся антибиотики. «BGC также могут быть полезны для производства химикатов с добавленной стоимостью, потому что в них встроено множество сложных химических элементов», – добавила она. "Таким образом, их можно будет использовать в качестве биотоплива, покрытий и мономеров для создания новых материалов."
Но наиболее важные последствия, по ее словам, – это возможности антибиотиков. В статье ведущий автор Кэндис Свифт, получившая докторскую степень.D. в лаборатории О’Мэлли и теперь работает постдокторантом в Школе общественного здравоохранения Университета Южной Каролины, демонстрирует не только то, что BGC присутствуют там, где они не ожидались – анаэробные грибы никогда не считались обладающими антибиотическими свойствами – – они, что еще более удивительно, активны и действительно что-то делают. «Они расшифрованы», – отметил О’Мэлли.
Анализ Свифта предполагает, что обнаруженные ими соединения ранее не были идентифицированы. «Мы обнаружили их, и, основываясь на том, что известно об этих кластерах биосинтетических генов, они могут создавать новые антибиотики», – сказал О’Мэлли. «Мы не показали это окончательно здесь, но это одна из возможностей, которая имела бы смысл, потому что грибы существуют как своего рода меньшинство в своем сообществе, поэтому у них, вероятно, есть какое-то преимущество или способность, которые позволяют им оставаться перед лицом подавляющая конкуренция. Вот что мы думаем, что они могут делать.
Мы не доказали это, но это привлекательный способ взглянуть на это."
Итак, если анаэробные грибы производят природные антибиотики, насколько сложно будет их использовать для людей? «Если вы идентифицируете новый антибиотик, ключ к его масштабному производству – это знание того, как он построен», – объяснил О’Мэлли. "Это большой вопрос.
Мы постараемся рассмотреть это в следующей статье, но если вы сможете выяснить генетический рецепт того, как они сделаны, легко применить его в другой системе."
О’Мэлли сказал, что научное сообщество «стало довольно хорошо делать антибиотики рекомбинантным путем или с помощью генной инженерии» и что все или почти все антибиотики получены из натуральных продуктов – либо произведенных природой, либо вдохновленных соединениями, которые природа строит.
Следующий этап этого исследования будет включать использование генетических инструментов для увеличения производства и выделения соединений, чтобы точно выяснить, какие соединения производятся.
Для этой работы О’Мэлли сотрудничает с другими исследователями в рамках инновационной платформы биополимеров, автоматизированной сотовой инфраструктуры, потока и интегрированных химических материалов (BioPACIFIC MIP), которую Национальный научный фонд профинансировал в прошлом году в рамках сотрудничества между UCSB и UCLA.