Door de onderdrukkers weg te lokken die onuitgesproken dempen, stille genen in Streptomyces-bacteriën, onderzoekers van de Universiteit van Illinois hebben verschillende grote genenclusters ontgrendeld voor nieuwe natuurlijke producten, volgens een studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Chemische Biologie .

Omdat veel antibiotica antikankermiddelen en andere medicijnen zijn afgeleid van genen die gemakkelijk tot expressie worden gebracht in Streptomyces, de onderzoekers hopen dat het opheffen van genen die niet eerder in het laboratorium tot expressie zijn gebracht, extra kandidaten zullen opleveren in de zoektocht naar nieuwe antimicrobiële geneesmiddelen, zegt studieleider en professor in de chemische en biomoleculaire techniek Huimin Zhao.

"Er zijn zoveel onontdekte natuurlijke producten die niet tot expressie worden gebracht in genomen. We beschouwen ze als de donkere materie van de cel, " zei Zhao. "Antimicrobiële resistentie is een wereldwijde uitdaging geworden, er is dus duidelijk dringend behoefte aan hulpmiddelen om nieuwe natuurlijke producten te ontdekken. In dit werk, we hebben nieuwe verbindingen gevonden door stille genclusters te activeren die nog niet eerder zijn onderzocht."

De onderzoekers demonstreerden eerder een techniek om kleine stille genenclusters te activeren met behulp van CRISPR-technologie. Echter, grote stille genclusters zijn moeilijk ongedaan te maken. Die grotere genen zijn van groot belang voor de groep van Zhao, aangezien een aantal van hen sequenties hebben die lijken op regio's die coderen voor bestaande klassen antibiotica, zoals tetracycline.

Om de grote genclusters van het grootste belang te ontsluiten, Zhao's groep creëerde klonen van de DNA-fragmenten die ze tot expressie wilden brengen en injecteerde ze in de bacteriën in de hoop de repressormoleculen weg te lokken die genexpressie verhinderden. Ze noemden deze klonen transcriptiefactorlokvogels.

"Anderen hebben dit soortgelijk soort lokvogels gebruikt voor therapeutische toepassingen in zoogdiercellen, maar we laten hier voor het eerst zien dat het kan worden gebruikt voor het ontdekken van medicijnen door stille genen in bacteriën te activeren, " zei Zhao, die is aangesloten bij het Carle Illinois College of Medicine, het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology en het Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation in Illinois.

Om te bewijzen dat de moleculen waarvoor ze codeerden tot expressie werden gebracht, onderzoekers testten de lokmethode eerst op twee bekende genclusters die natuurlijke producten synthetiseren. Volgende, ze creëerden lokvogels voor acht stille genenclusters die voorheen onontgonnen waren. In bacteriën geïnjecteerd met de lokvogels, de beoogde stille genen werden tot expressie gebracht en de onderzoekers oogstten nieuwe producten.

"We zagen dat de methode goed werkt voor deze grote clusters die moeilijk te bereiken zijn met andere methoden, "Zei Zhao. "Het heeft ook het voordeel dat het het genoom niet verstoort; het trekt gewoon de onderdrukkers weg. Dan komen de genen op natuurlijke wijze tot expressie vanuit het natieve DNA."

In de zoektocht naar kandidaat-geneesmiddelen, elk product moet worden geïsoleerd en vervolgens worden bestudeerd om te bepalen wat het doet. Van de acht nieuwe geproduceerde moleculen, de onderzoekers zuiverden en bepaalden de structuur van twee moleculen, en beschreef er een in detail in de studie - een nieuw type oxazol, een klasse moleculen die vaak in medicijnen wordt gebruikt.

De onderzoekers zijn van plan om de rest van de acht verbindingen te karakteriseren en verschillende tests uit te voeren om erachter te komen of ze antimicrobiële, antischimmel, antikanker of andere biologische activiteiten.

Zhao's groep is ook van plan om de loktechniek toe te passen om stillere biosynthetische genclusters te onderzoeken die van belang zijn in Streptomyces en in andere bacteriën en schimmels om meer onontdekte natuurlijke producten te vinden. Andere onderzoeksgroepen zijn welkom om de techniek te gebruiken voor genclusters die ze onderzoeken, zei Zhao.

"Het principe is hetzelfde, ervan uitgaande dat genexpressie wordt onderdrukt door transcriptiefactoren en we die expressie alleen maar moeten loslaten door lok-DNA-fragmenten te gebruiken, ' zei Zhao.