Дизайнерский биосенсор может детектировать производство антибиотиков микробами

Исследователи из Университета Северной Каролины создали дизайнерские биосенсоры, способные обнаруживать целевые молекулы антибиотиков. Эти биосенсоры — первый шаг к созданию «фабрик» по производству антибиотиков внутри микробов, таких как E. coli.

Макролиды — это группа природных малых молекул, обладающих антибиотическим, противогрибковым или противораковым действием. Антибиотик эритромицин — один из примеров, это макролид, продуцируемый почвенными бактериями. Исследователи заинтересованы в использовании этих природных антибиотиков и производящих их микробов для разработки новых лекарств. Однако микробы, производящие макролидные антибиотики, создают лишь небольшие количества ограниченного разнообразия соединений.

«Наша конечная цель — сконструировать микробы для производства новых версий этих антибиотиков, что резко сократит время и деньги, необходимые для тестирования и разработки новых лекарств, — говорит Гэвин Уильямс, доцент биоорганической химии и автор статьи. — Чтобы сделать это, нам сначала нужно уметь детектировать интересующие нас молекулы антибиотиков, производимые микробами».

Команда использовала природный молекулярный переключатель — белок MphR — в качестве биосенсора. В E. coli MphR может обнаруживать присутствие макролидных антибиотиков, секретируемых атакующими микробами. Когда MphR чувствует антибиотик, он включает механизм устойчивости, чтобы нейтрализовать его действие.

Исследователи создали большую библиотеку вариантов белка MphR и отобрали те из них, которые способны включать производство флуоресцентного зеленого белка в присутствии целевого макролида. Они протестировали варианты против эритромицина (который MphR уже распознаёт) и обнаружили, что некоторые из них улучшили способность к детекции в десять раз. Они также успешно протестировали варианты против макролидов, не родственных эритромицину, таких как тилозин.

«По сути, мы адаптировали и эволюционировали сенсорную систему MphR, повысив её чувствительность к распознаванию интересующих нас молекул, — говорит Уильямс. — Мы знаем, что можем настроить этот биосенсор, и он будет обнаруживать нужные молекулы, что позволит нам быстро скринировать миллионы различных штаммов. Это первый шаг к высокопроизводительной инженерии антибиотиков, где мы создаём огромные библиотеки генетически модифицированных штаммов и вариантов микробов, чтобы найти те немногие, которые производят нужную молекулу в нужном количестве».

Исследование опубликовано в ACS Synthetic Biology и финансировалось Национальными институтами здравоохранения (грант GM104258) и Инновационным фондом канцлера Университета Северной Каролины. В работе участвовали аспирант Ивей Ли, бывший аспирант Кристиан Кейси, бывший студент Мунир Зеррад и профессор химии Университета Содружества Вирджинии Т. Эштон Кропп.