Биологи придумали, как создавать новые антибиотики при помощи генной инженерии
Ученые открыли новый способ производства сложных антибиотиков с использованием редактирования генов. Исследователи из Манчестерского университета открыли новый способ манипулирования ключевыми ферментами конвейера в бактериях, которые могут проложить путь для нового поколения антибиотиков.
Их исследование описывает, как редактирование гена CRISPR-Cas9 можно использовать для создания новых ферментов нерибосомальной пептидной синтетазы (NRPS), которые доставляют клинически важные антибиотики. Ферменты NRPS являются активными продуцентами природных антибиотиков, таких как пенициллин. Однако до сих пор манипулирование этими сложными ферментами для производства новых и более эффективных антибиотиков было серьезной проблемой.
Правительство Великобритании предполагает, что инфекции, устойчивые к противомикробным препаратам (УПП), по оценкам, вызывают 700 000 смертей каждый год во всем мире и, по прогнозам, к 2050 году эта смертность вырастет до 10 млн человек, что обойдется мировой экономике в $100 трлн.
Команда из Манчестера заявляет, что процесс редактирования генов может быть использован для производства улучшенных антибиотиков и, возможно, приведет к разработке новых методов лечения, которые помогут в борьбе с устойчивыми к лекарствам патогенами и болезнями в будущем. Джейсон Миклфилд, профессор химической биологии Манчестерского института биотехнологии (MIB), объясняет: «Разработанный нами подход к редактированию генов — это очень эффективный и быстрый способ создания сложных ферментов на конвейере, которые могут производить новые структуры антибиотиков с потенциально улучшенными свойствами».
Микроорганизмы, такие как почвенные бактерии, развили нерибосомные ферменты пептид синтетазы (NRPS), которые собирают строительные блоки, называемые аминокислотами, в пептидные продукты, и они часто обладают очень сильной антибиотической активностью. Многие из наиболее терапевтически важных антибиотиков, используемых сегодня в медицине, получены из этих ферментов NRPS (например, пенициллин, ванкомицин и даптомицин).
К сожалению, появляются смертельные патогены, устойчивые ко всем существующим антибиотикам. Одним из решений могло бы стать создание новых антибиотиков с улучшенными свойствами, которые могли бы избежать механизмов устойчивости патогенов. Однако нерибосомные пептидные антибиотики представляют собой очень сложные структуры, которые трудно и дорого производить обычными химическими методами. Чтобы решить эту проблему, команда из Манчестера использует редактирование генов для создания ферментов NRPS, обменивая домены, которые распознают различные строительные блоки аминокислот, что приводит к новым сборочным линиям, которые могут доставлять новые пептидные продукты.
Миклфилд добавил: «Теперь мы можем использовать редактирование генов для внесения целенаправленных изменений в сложные ферменты NRPS, что позволяет включать альтернативные предшественники аминокислот в пептидные структуры. Мы надеемся, что наш новый подход может привести к новым способам создания улучшенных антибиотиков. которые срочно необходимы для борьбы с появляющимися лекарственно-устойчивыми патогенами».
Работа «Редактирование генов позволяет быстро создавать сложные линии сборки антибиотиков» опубликована в журнале Nature Communications.
Ранее сотрудникам Массачусетского технологического института удалось синтезировать новый мощный антибиотик. Для этого они использовали алгоритмы машинного обучения. Новое вещество назвали галицином (halicin).
