Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om de productie te stimuleren van nieuwe antibiotica of antiparasitaire verbindingen die zich verbergen in de genomen van actinobacteriën, die de bron zijn van medicijnen zoals actinomycine en streptomycine en waarvan bekend is dat ze andere onaangeboorde chemische rijkdommen herbergen. De wetenschappers rapporteren hun bevindingen in het tijdschrift eLife .

De onderzoekers wilden een decennia oud probleem oplossen waarmee diegenen worden geconfronteerd die hopen te studeren en gebruik te maken van het ontelbare antibioticum, antischimmel- en antiparasitaire verbindingen die bacteriën kunnen produceren, zei Satish Nair, een professor in de biochemie van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign die het onderzoek leidde.

"In laboratoriumomstandigheden bacteriën maken niet het aantal moleculen dat ze kunnen maken, " zei hij. "En dat komt omdat velen worden gereguleerd door hormonen met kleine moleculen die niet worden geproduceerd tenzij de bacteriën worden bedreigd."

Nair en zijn collega's wilden bepalen hoe dergelijke hormonen de productie van antibiotica in actinobacteriën beïnvloeden. Door hun bacteriën bloot te stellen aan het juiste hormoon of een combinatie van hormonen, de onderzoekers hopen de microben aan te sporen om nieuwe verbindingen te produceren die medisch bruikbaar zijn.

Het team richtte zich op avenolide, een hormoon dat chemisch stabieler is dan het hormoon dat in eerdere onderzoeken naar bacteriële hormonen werd gebruikt. Avenolide reguleert de productie van een antiparasitaire verbinding die bekend staat als avermectine in een bodemmicrobe. Een chemisch gemodificeerde versie van deze verbinding, ivermectine, wordt gebruikt als een behandeling voor rivierblindheid, een door vliegen overgedragen ziekte die miljoenen mensen verblindde, voornamelijk in Sub-Sahara Afrika, voordat het medicijn werd ontwikkeld.

Voor de nieuwe studie Afgestudeerde scheikundestudent Iti Kapoor ontwikkelde een meer gestroomlijnd proces voor het synthetiseren van avenolide in het laboratorium dan voorheen beschikbaar was. Hierdoor kon het team de interacties van het hormoon met zijn receptor bestuderen, zowel binnen als buiten bacteriële cellen.

"Met behulp van een methode genaamd röntgenkristallografie, Iti en afgestudeerde biochemiestudent Philip Olivares waren in staat om te bepalen hoe het hormoon aan zijn receptor bindt en hoe de receptor aan het DNA bindt in afwezigheid van hormonen. "Zei Nair. "Normaal gesproken, deze receptoren zitten op het genoom en werken in feite als remmen."

De onderzoekers ontdekten dat wanneer het hormoon eraan bindt, de receptor verliest zijn vermogen om zich aan DNA vast te klampen. Hierdoor worden de remmen uitgeschakeld, waardoor het organisme defensieve verbindingen zoals antibiotica kan produceren.

Door te weten welke regio's van de receptor betrokken zijn bij de binding aan het hormoon en aan het DNA, kon het team de genomen van tientallen actinobacteriën scannen om sequenties te vinden die de juiste eigenschappen hadden om aan hun receptor of vergelijkbare receptoren te binden. Dit proces, genaamd genoommining, stelde het team in staat om 90 actinobacteriën te identificeren die lijken te worden gereguleerd door avenolide of andere hormonen in dezelfde klasse.

"Ons langetermijnproject is om die 90 bacteriën te verwijderen, laat ze opgroeien in het laboratorium, voeg er chemisch gesynthetiseerde hormonen aan toe en kijk welke nieuwe moleculen worden geproduceerd, "Zei Nair. "Het mooie van onze aanpak is dat we de bacteriën nu grote hoeveelheden moleculen kunnen laten produceren die we normaal niet in het laboratorium zouden kunnen maken."