Изменения генетических свойств продуцентов антибиотиков
Большинство используемых сегодня антибиотиков синтезируется бактериями. В природе они служат "химическим оружием" продуцентов в борьбе с конкурентами. Еще больше этих веществ можно получить, используя результаты сканирования геномов-продуцентов и манипулируя генами.
В последние годы биологи сконцентрировали усилия на идентификации ферментов, необходимых бактериям для выживания. Они надеются, что вещества, подавляющие действие таких ферментов, можно будет найти в библиотеках химических соединений и на их основе создать противомикробные лекарственные вещества. Однако прежде чем начинать подобные изыскания, нужно выяснить, как скажется на бактерии утрата данного фермента. Как только будет расшифрован геном целевого микроорганизма, появится возможность инактивировать гены, обеспечивающие синтез фермента, и посмотреть, что произойдет с бактерией.
Пока попытки использования новых ингибиторов целевых ферментов к успеху не привели. Одна из причин - наличие у бактерий клеточной стенки, которая представляет собой непреодолимый барьер для большинства веществ. Даже если потенциальный низкомолекулярный ингибитор будет найден, он не сможет достичь молекулы-мишени, находящейсяя внутри клетки. Вместо того чтобы искать слабые места у патогенов, лучше детально проанализировать геном продуцентов. И здесь главным инструментом служит геномика.
Секвенирование в 2002 г. генома бактерий - продуцентов антибиотиков - выявило один интересный факт: в геноме актиномицетов содержится от 25 до 30 наборов генов, которые, судя по их нуклеотидной последовательности, могут кодировать ферментные модули, участвующие в синтезе антибиотикоподобных молекул, однако бактерии большинство этих наборов не используют. При культивировании они синтезируют только молекулы одного-двух типов. Для того чтобы выяснить, кодируют ли "дремлющие" гены компоненты механизма синтеза антибиотиков, были секвенированы геномы еще 20 штаммов актиномицетов и проведены поиски генов, которые могли бы кодировать соответствующие ферментные модули. Дальнейший анализ нуклеотидных последовательностей в окрестности таких генов поможет выяснить, какие механизмы использует клетка для регуляции их активности. Располагая такой информацией, можно будет сконструировать клетки, в которых обнаруженные наборы генов активны, выделить их продукты и проверить на противомикробное действие.
Вместо того чтобы побуждать бактерию к синтезу антибиотика, который ею по какой-либо причине не вырабатывается несмотря на наличие соответствующих генов, Рольф Мюллер (Rolf Muller) и его коллеги из Университета земли Саар в Германии решили перенести набор генов, имеющих отношение к синтезу антибиотика, из "молчащих" штаммов миксобактерий, с которыми они работали, в другую бактерию, более подходящую на роль продуцента. Миксобактерии , как и актиномицеты, обладают большим потенциалом как продуценты антибиотиков. Но они растут в культуре хуже актиномицетов, поэтому предпринимались лишь единичные попытки их скрининга с целью выявления подходящих штаммов.
Мюллер перенес гены, участвующие в выработке антибиотикоподобного вещества миксохромида , из миксобактерий Stigmatella aurantiaca в Pseudomonas putida , штамм, хорошо растущий в культуре и, кроме того, широко используемый для коммерческого производства одного фермента, применяемого в промышленности. Мюллер решил сразу две задачи: нашел бактерию, которая поддается генетическим манипуляциям и обладает системой метаболизма, необходимой для выработки антибиотиков, и осуществил перенос крупных фрагментов ДНК из одного вида бактерий в другой. Тем самым было положено начало разработкам целого "месторождения" антибиотиков, чьи гены запрятаны в глубинах генома миксобактерий.
