Onderzoekers van de North Carolina State University hebben designer-biosensoren ontwikkeld die interessante antibiotische moleculen kunnen detecteren. De biosensoren zijn een eerste stap in de richting van het creëren van antibioticaproducerende "fabrieken" binnen microben zoals E coli.

Macroliden zijn een groep natuurlijk voorkomende kleine moleculen die antibiotica, antischimmel- of kankerbestrijdende effecten. Het antibioticum erytromycine is een voorbeeld - het is een macrolide dat wordt geproduceerd door in de bodem levende bacteriën. Onderzoekers zijn geïnteresseerd in het gebruik van deze natuurlijke antibiotica en de microben die ze produceren om nieuwe antibiotica te ontwikkelen; echter, microben die antibiotische macroliden produceren, maken slechts kleine hoeveelheden van een beperkte verscheidenheid aan antibiotica.

"Ons uiteindelijke doel is om microben te ontwikkelen om nieuwe versies van deze antibiotica te maken voor ons gebruik, die de hoeveelheid tijd en geld die nodig is voor het testen en ontwikkelen van nieuwe geneesmiddelen drastisch zal verminderen, " zegt Gavin Williams, universitair hoofddocent bio-organische chemie bij NC State en corresponderende auteur van een paper waarin het onderzoek wordt beschreven. "Om dat te doen, we moeten eerst de antibiotische moleculen van belang kunnen detecteren die door de microben worden geproduceerd."

Williams en zijn team gebruikten een natuurlijk voorkomende moleculaire schakelaar - een eiwit genaamd MphR - als hun biosensor. In E coli , MphR kan de aanwezigheid detecteren van macrolide-antibiotica die worden uitgescheiden door microben die aanvallen E coli . Wanneer MphR het antibioticum waarneemt, het zet een resistentiemechanisme aan om de effecten van het antibioticum teniet te doen.

De onderzoekers creëerden een grote bibliotheek van MphR-eiwitvarianten en screenden ze op het vermogen om de productie van een fluorescerend groen eiwit in te schakelen wanneer ze in de aanwezigheid van een gewenst macrolide waren. Ze testten de varianten tegen erytromycine, die MphR al herkent, en ontdekte dat sommige van de MphR-varianten hun detectievermogen tienvoudig verbeterden. Ze testten ook met succes de varianten tegen macroliden die niet nauw verwant waren aan erytromycine, zoals tylosine.

"In wezen hebben we het MphR-sensorsysteem gecoöpteerd en ontwikkeld, de gevoeligheid vergroten voor het herkennen van de moleculen waarin we geïnteresseerd zijn, ", zegt Williams. "We weten dat we deze biosensor op maat kunnen maken en dat hij de moleculen zal detecteren waarin we geïnteresseerd zijn, waarmee we snel miljoenen verschillende soorten kunnen screenen. Dit is de eerste stap naar high-throughput engineering van antibiotica, waar we enorme bibliotheken van genetisch gemodificeerde stammen en varianten van microben creëren om de weinige stammen en varianten te vinden die het gewenste molecuul in de gewenste opbrengst produceren."

Het onderzoek verschijnt in ACS synthetische biologie , en werd gefinancierd door de National Institutes of Health (subsidie ​​GM104258) en het NC State Chancellor's Innovation Fund. Afgestudeerde student Yiwei Li, voormalig afgestudeerde student Christian Kasey, voormalig student Mounir Zerrad, en T. Ashton Cropp, hoogleraar scheikunde aan de Virginia Commonwealth University, bijgedragen aan het werk.