Новое исследование, проведенное учеными из Университета Иллинойса и коллегами из Агентства по науке, технологиям и исследованиям в Сингапуре, использовало технологию CRISPR для включения невыраженных или «тихих» кластеров генов у Streptomyces, распространенного класса бактерий, которые естественным образом производят множество бактерий. соединения, которые уже использовались в качестве антибиотиков, противораковых средств и других лекарств. Исследование, проведенное профессором химической и биомолекулярной инженерии Хуйминь Чжао, было опубликовано в журнале Nature Chemical Biology.«Раньше исследователи просто проверяли натуральные продукты, производимые бактериями в лаборатории, для поиска новых лекарств», — сказал Чжао. «Но после того, как были секвенированы целые бактериальные геномы, мы поняли, что обнаружили лишь небольшую часть природных продуктов, закодированных в геноме.
«Подавляющее большинство кластеров биосинтетических генов не экспрессируются в лабораторных условиях или экспрессируются на очень низком уровне. Вот почему мы называем их молчащими. Есть много новых лекарств и новых знаний, которые ждут своего открытия из этих молчаливых кластеров генов. Это поистине спрятанные сокровища ».
Чтобы найти неоткрытые геномные сокровища, исследователи сначала использовали вычислительные инструменты для определения кластеров молчаливых биосинтетических генов — небольших групп генов, участвующих в создании химических продуктов. Затем они использовали технологию CRISPR, чтобы вставить сильную промоторную последовательность перед каждым геном, который они хотели активировать, побуждая клетку производить естественные продукты, которые кодируются кластерами генов.«Это менее изученное направление с технологией CRISPR. Большинство исследований, связанных с CRISPR, сосредоточено на биомедицинских приложениях, таких как лечение генетических заболеваний, но мы используем его для открытия лекарств», — сказал Чжао.
Его лаборатория была первой, кто адаптировал систему CRISPR для Streptomyces. «Раньше было очень сложно включить или выключить конкретный ген у видов Streptomyces. С помощью CRISPR теперь мы можем с высокой эффективностью воздействовать практически на любой ген».
Команде удалось активировать несколько кластеров молчаливых биосинтетических генов. Для поиска кандидатов в лекарственные препараты необходимо выделить и изучить каждый продукт, чтобы определить, что он делает. В качестве демонстрации исследователи выделили и определили структуру одного из новых соединений, произведенных из кластера молчаливых биосинтетических генов, и обнаружили, что оно имеет принципиально отличную от других препаратов, производных Streptomyces, структуру — потенциальный алмаз в необработанном виде.Чжао сказал, что такие новые соединения могут привести к новым классам лекарств, которые ускользают от устойчивости к антибиотикам или борются с раком под другим углом.
«Устойчивость к противомикробным препаратам — это глобальная проблема. Мы хотим найти новые способы действия, новые свойства, чтобы мы могли раскрыть новые способы борьбы с раком или патогенами.
Мы хотим идентифицировать новые химические основы, ведущие к новым лекарствам, а не изменять существующие типы наркотики ", — сказал он.