Генетическое редактирование увеличило производство антибиотиков против супербактерий в десять раз

Ученые использовали технологию генного редактирования CRISPR/Cas9 для создания нового штамма бактерий Streptomyces formicae, который производит в десять раз больше перспективных антибиотиков — формикамицинов.

Проблема и потенциал

  • Формикамицины, открытые менее десяти лет назад, обладают большим потенциалом, потому что в лабораторных условиях супербактерии, такие как MRSA (метициллин-резистентный Staphylococcus aureus), не вырабатывают к ним устойчивости.
  • Однако природный штамм Streptomyces formicae производит антибиотики в очень малых количествах, что затрудняет их очистку и дальнейшее изучение.

Научный прорыв

  • Исследователи из Центра Джона Иннеса секвенировали ДНК и обнаружили, что кластер генов биосинтеза формикамицинов состоит из 24 генов и контролируется тремя ключевыми регуляторами.
  • С помощью CRISPR/Cas9 они отредактировали регуляторные гены:
    • Добавили дополнительную копию генов-«ускорителей» (forGF).
    • Удалили ген-«тормоз» (forJ).
  • Результат: штамм стал производить в 10 раз больше формикамицинов на агаровых пластинах. Удаление гена forJ позволило впервые начать производство в жидкой культуре, что критически важно для масштабирования. Также стали синтезироваться новые варианты молекул с активностью против MRSA.

Значение и перспективы

  • «Это позволит нам понять, как они работают, и определить, есть ли у них потенциал для клинической разработки», — говорит первый автор работы доктор Ребекка Девайн.
  • Следующие шаги — глубже изучить регуляцию биосинтеза, чтобы, возможно, увеличить производство еще больше, и использовать штамм для получения достаточного количества вещества, чтобы выяснить механизм действия формикамицинов.
  • «Это жизненно важно для их дальнейшего развития как антибиотиков», — добавил профессор Мэтт Хатчингс.

Контекст

  • Streptomyces formicae был обнаружен в гнездах африканских муравьев Tetraponera penzigi, которые используют эти бактерии для защиты.
  • Половина всех известных антибиотиков происходит из метаболитов бактерий Streptomyces, но за последние 60 лет было открыто мало новых классов, что усиливает угрозу антимикробной резистентности.

Исследование «Перепрограммирование регуляции кластера генов биосинтеза формикамицинов для разработки перспективных антибактериальных соединений» опубликовано в журнале Cell Chemical Biology.