Door de innovaties van synthetische biologie te combineren met robotachtige milieubemonstering, een team van onderzoekers van de Universiteit van Bristol reist naar enkele van de meest 'extreme' omgevingen op aarde, inclusief Atlantische diepten van 4,5 km, nieuwe aanknopingspunten te vinden die kunnen helpen in de wereldwijde strijd tegen antimicrobiële resistentie.

De ontwikkeling van antibiotica wordt door velen beschouwd als de grootste medische vooruitgang in de menselijke geschiedenis. Onlangs, echter, de opkomst van antimicrobiële resistentie (AMR) als een wereldwijde bedreiging voor onze gezondheid en welzijn heeft de dringende behoefte aan de ontdekking en ontwikkeling van nieuwe antibiotica die de dreigende dreiging van AMR kunnen overwinnen, scherp in beeld gebracht.

historisch, de meeste klinisch bruikbare antibiotica zijn gebaseerd op moleculen die uit natuurlijke bronnen zijn geïsoleerd. Ook nu nog is zo'n 70 procent van alle voorgeschreven antibiotica afkomstig van zogenaamde 'natuurlijke producten'; chemische verbindingen die worden geproduceerd door micro-organismen of planten om hun overleving in de omgevingsniches die ze bewonen mogelijk te maken. Hoewel de ontdekking van natuurlijke geneesmiddelen een steunpilaar was van de farmaceutische industrie in het midden van de 20e eeuw, de opkomst van op structuren gebaseerde benaderingen en combinatorische chemie in de jaren tachtig en negentig, heeft ertoe geleid dat de industrie deze benadering heeft verlaten. Nutsvoorzieningen, zo'n 20 jaar later, de opkomende wetenschap van synthetische biologie stelt onderzoekers in staat om snel natuurlijke producten te ontdekken en te optimaliseren voor gebruik als antibioticum, resulterend in een heropleving in dit belangrijke onderzoeksgebied.

Gefinancierd door BrisSynBio, Dr. Paul Race en collega's van de Universiteit van Bristol combineren de innovaties van synthetische biologie met robotachtige omgevingsmonsters om te proberen de pijplijn voor het ontdekken van antibiotica te deblokkeren. Om nieuwe en interessante natuurlijke producten te vinden, is de beste plaats om te kijken in micro-organismen die zijn blootgesteld aan evolutionaire druk die de verwerving van ongebruikelijke metabolische innovaties noodzakelijk maken.

De diepe oceaan is een van de meest 'extreme' omgevingen op aarde, en micro-organismen die daar leven, worden beschouwd als uitstekende bronnen van nieuwe natuurlijke producten. Met behulp van een op afstand bestuurbaar voertuig, ingezet vanaf het onderzoeksschip James Cook, het team heeft milieumonsters teruggevonden uit voorheen onontgonnen gebieden van de zeebodem van de Atlantische Oceaan op diepten> 4,5 kilometer.

Na monsterherstel, de bacteriën die in deze monsters aanwezig zijn, worden in het laboratorium gekweekt en hun vermogen om nieuwe natuurlijke producten met antimicrobiële activiteit te produceren, wordt bepaald. Dit project loopt pas 18 maanden, maar het team is al geïsoleerd> 1000 voorheen niet-gekarakteriseerde micro-organismen, en zes nieuwe antibiotica op basis van natuurlijke producten. Dit programma voor mariene ontdekking wordt nu uitgewerkt in samenwerking met andere onderzoekers in Bristol en elders om micro-organismen op te nemen die zijn teruggewonnen uit Antarctica en uit woestijnbodems.

In verwant werk, de onderzoekers gebruiken moleculaire, genetische en chemische technieken om de cellulaire machines te manipuleren die verantwoordelijk zijn voor de biosynthese van antimicrobiële natuurlijke producten van mariene bacteriën. Voortbouwend op eerder onderzoek naar het natuurlijke product abyssomicine C, van de bacterie V. maris, die voor het eerst werd geïsoleerd van de bodem van de Stille Oceaan, ze genereren functioneel geoptimaliseerde versies van dit molecuul die beter geschikt zijn voor gebruik als antibiotica bij dieren en mensen.