Ученые обратили вспять эволюцию древних гликопептидных антибиотиков для разработки новых лекарств
Междисциплинарная команда исследователей изучила эволюционные истоки гликопептидных антибиотиков — важного ресурса в борьбе с устойчивыми патогенами. Руководили проектом д-р Деми Ифтиме и д-р Мартина Адамек под руководством профессоров Эви Штегманн и Надин Цимерт из кластера передового опыта «Контроль микробов для борьбы с инфекциями» Тюбингенского университета, при поддержке профессора Макса Крайле и д-ра Матиаса Хансена из Университета Монаша (Австралия).
Реконструкция эволюционного пути
Используя биоинформатику, ученые стремились расшифровать химическую структуру древних гликопептидных антибиотиков. Они построили генеалогическое древо известных антибиотиков этого класса, таких как тейкопланин и ванкомицин, связав их химические структуры с генно-кластерами, кодирующими их синтез.
С помощью биоинформатических алгоритмов команда вывела предполагаемую предковую форму этих антибиотиков — «палеомицин». Реконструировав генетические пути для его производства, исследователи успешно синтезировали это соединение в лаборатории. Оно проявило антибиотические свойства в тестах.
Ключевые выводы для разработки лекарств
- Общий предок: Все гликопептидные антибиотики происходят от одного общего предшественника.
- Эволюция сложности: Ядро палеомицинa по сложности схоже с тейкопланином, тогда как ванкомицин имеет более простое ядро. Ученые предполагают, что недавняя эволюция упростила структуру ванкомицина, но его антибиотическая функция сохранилась.
- Эволюционное преимущество: Синтез этих сложных антибиотиков требует от бактерий-продуцентов значительных энергозатрат. Упрощение структуры при сохранении эффективности могло дать эволюционное преимущество.
Исследователи проследили эволюцию антибиотиков и их генетических последовательностей, а также воспроизвели ключевые этапы их синтеза в лаборатории. Это позволило получить глубокое понимание эволюции бактериальных путей синтеза антибиотиков и природных стратегий оптимизации, что закладывает основу для биотехнологического усовершенствования этой важной группы антибиотиков.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.