Выявлен нераскрытый потенциал бактериальных соединений и генов, связанных с токсином при раке толстой кишки

За последние два десятилетия были разработаны сложные вычислительные инструменты для изучения ДНК бактерий. Эти инструменты ищут интересные метаболиты (молекулы, связанные с метаболизмом), вызывающие сильную биологическую реакцию. Их воздействие может быть токсичным или полезным — например, для разработки новых антибиотиков, противораковых препаратов или биоинсектицидов для сельского хозяйства.

Эти инструменты ищут специфические генетические сигнатуры в участках ДНК, ответственных за производство различных соединений, представляющих клинический, сельскохозяйственный и промышленный интерес. Однако то, как эти генетические регионы связаны с глобальными частями бактериальных систем, оставалось загадкой.

Команда учёных из Технического университета Дании (DTU) и Калифорнийского университета в Сан-Диего разработала новый вычислительный подход для анализа последовательностей ДНК тысяч бактерий. Результаты их исследования опубликованы в журнале Synthetic and Systems Biotechnology.

Тильманн Вебер, заместитель директора группы Natural Product Genome Mining в Центре биологической устойчивости Novo Nordisk Foundation при DTU (DTU Biosustain) и один из авторов исследования, заявил, что их целью было выяснить, какие части генома работают в унисон для производства высокоинтересных соединений.

По его словам, «энтеробактерии — это большое семейство бактерий, включающее распространённые инфекционные патогены, такие как Salmonella и E. coli, а также безвредные бактерии, живущие в симбиозе с другими живыми существами. Удивительно, но вычислительный анализ, проведённый в этом исследовании, выявил большое количество ранее неизвестных кластеров генов, ответственных за потенциально интересные метаболиты. Нам ещё предстоит выяснить функции этих соединений в производстве бактерий, а также их функцию при взаимодействии с организмами человека или другими средами».

Исследования показали, что несколько кишечных микробов производят молекулу колибактин, которая может быть связана с раком толстой кишки. В этой работе команда установила набор генетических элементов, которые всегда присутствуют у бактерий, содержащих колибактин. Омкар Мохите, постдокторант DTU Biosustain и первый автор исследования, отмечает: «Такие связанные сигнатуры могут помочь предсказать список биологических частей, которые объединяются для поддержки производства генотоксина, способного вызывать рак толстой кишки — ценная информация, которая может помочь улучшить варианты лечения в будущем».

Он добавляет: «Стремление понять, как биологические системы состоят из нескольких взаимодействующих частей, — это то, что привело меня в науку. Я верю, что эту головоломку можно решить с помощью новых подходов к интеграции и исследованию больших наборов данных, подобных тому, который мы использовали в этом исследовании».