Поскольку многие антибиотики, противораковые агенты и другие лекарства были получены из генов, легко экспрессируемых в Streptomyces, исследователи надеются, что гены, не экспрессирующие молчание, которые ранее не экспрессировались в лаборатории, дадут дополнительных кандидатов в поисках новых противомикробных препаратов, говорится в исследовании. руководитель и профессор химической и биомолекулярной инженерии Хуэйминь Чжао.
"В геномах так много неоткрытых натуральных продуктов. Мы думаем о них как о темной материи клетки », – сказал Чжао. «Устойчивость к противомикробным препаратам стала глобальной проблемой, поэтому очевидно, что существует острая потребность в инструментах, которые помогут открыть новые натуральные продукты.
В этой работе мы обнаружили новые соединения, активируя кластеры молчаливых генов, которые ранее не исследовались."
Ранее исследователи продемонстрировали метод активации небольших кластеров молчаливых генов с помощью технологии CRISPR. Однако большие скопления молчащих генов по-прежнему трудно включить.
Эти более крупные гены представляют большой интерес для группы Чжао, поскольку некоторые из них имеют последовательности, похожие на участки, кодирующие существующие классы антибиотиков, такие как тетрациклин.
Чтобы разблокировать большие кластеры генов, представляющие наибольший интерес, группа Чжао создала клоны фрагментов ДНК, которые они хотели экспрессировать, и ввела их в бактерии в надежде переманить репрессорные молекулы, которые препятствовали экспрессии генов. Они назвали эти клоны приманками фактора транскрипции.
«Другие использовали подобные ловушки для терапевтического применения в клетках млекопитающих, но мы впервые показываем здесь, что их можно использовать для открытия лекарств, активируя молчащие гены в бактериях», – сказал Чжао, который связан с Carle Illinois.
Медицинский колледж Карла Р. Институт геномной биологии Везе и Центр передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов в Иллинойсе.
Чтобы доказать, что молекулы, которые они кодируют, экспрессируются, исследователи сначала протестировали метод приманки на двух известных кластерах генов, которые синтезируют натуральные продукты. Затем они создали приманки для восьми кластеров молчаливых генов, которые ранее не были исследованы.
В бактериях, которым вводили приманки, были экспрессированы целевые молчащие гены, и исследователи собрали новые продукты.
«Мы увидели, что этот метод хорошо работает для этих больших кластеров, на которые трудно нацелить другие методы», – сказал Чжао. "У него также есть то преимущество, что он не нарушает геном; он просто отталкивает репрессоры.
Тогда гены естественным образом экспрессируются из нативной ДНК."
В поисках кандидатов в лекарства каждый продукт необходимо изолировать, а затем изучить, чтобы определить, что он делает. Из восьми произведенных новых молекул исследователи очистили и определили структуру двух молекул и подробно описали одну в исследовании – новый тип оксазола, класс молекул, часто используемых в лекарствах.
Далее исследователи планируют охарактеризовать остальные восемь соединений и запустить различные анализы, чтобы выяснить, обладают ли они антимикробной, противогрибковой, противораковой или другой биологической активностью.
Группа Чжао также планирует применить технику приманки для исследования более тихих кластеров биосинтетических генов, представляющих интерес у Streptomyces и других бактерий и грибов, чтобы найти более неизведанные природные продукты.
По словам Чжао, другие исследовательские группы могут использовать эту технику для изучения кластеров генов.
«Принцип тот же, если предположить, что экспрессия генов подавляется факторами транскрипции, и нам просто нужно высвободить эту экспрессию с помощью ложных фрагментов ДНК», – сказал Чжао.