Бактерия Streptomyces chartreusis - это бактерия-продуцент антибиотиков, которая выделяет в окружающую среду больше метаболитов, чем предполагали ученые на основе анализа генома. Многие из веществ, вероятно, высвобождаются для взаимодействия с окружающей средой. Они также могут включать молекулы, представляющие интерес в качестве потенциальных фармацевтических агентов. Группа под руководством профессора Джулии Бандоу и Кристофа Сенгеса из исследовательской группы прикладной микробиологии в Рурском университете Бохума проанализировала широкий спектр продуктов метаболизма бактерий в различных условиях культивирования.
Совместно с коллегами из Билефельда и Шарлоттауна, Канада, исследователи из Бохума описывают результаты своего исследования в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, опубликованном 20 февраля 2018 года.
Огромные мощности по производству натуральных продуктов
Бактерии вида Streptomyces производят примерно 70 процентов всех антибиотиков природного происхождения, используемых в клинических целях. Геном Streptomyces chartreusis содержит 128 кластеров генов, которые, по прогнозам, имеют отношение к синтезу натуральных продуктов. «Это справедливое число, но количество секретируемых молекул, которое мы обнаружили, превзошло наши ожидания», - говорит Джулия Бандоу.
Используя три питательные среды с разным составом для выращивания бактерий, команда идентифицировала 1044 различных вещества. В зависимости от окружающих условий Streptomyces синтезировали различные природные продукты - некоторые, например, производились только в отсутствие железа.
Фармацевтический потенциал
Исследователи обнаружили восемь ранее неизвестных десферриоксаминов - молекул, которые имеют решающее значение для поглощения железа бактериями и используются в терапевтических целях для лечения пациентов, страдающих от передозировки железа или алюминия. «Это показывает потенциал обнаружения новых вариантов хорошо известных лекарств», - объясняет Джулия Бандоу. Исследователи еще не знают структуры большинства других веществ. Они рассчитывают найти среди них совершенно новые классы веществ. «Основываясь на наших результатах, мы ожидаем, что многие аспекты бактериальной химии, включая химическую структуру, фармакологический потенциал и экологическое значение, еще предстоит раскрыть», - добавляет Бандоу..
В ходе исследования группа продемонстрировала, что биосинтетический кластер генов способен производить целый ряд веществ, а не только один продукт. «Скорее всего, это явление отражает адаптацию организма к различным условиям», - говорит Кристоф Сенгес.
Сочетание разных методов
Исследователи использовали высокоэффективную масс-спектрометрию, так называемую тандемную масс-спектрометрию, для сравнения состава сложных смесей натуральных продуктов, выделяемых в среду, и для обнаружения отдельных компонентов, некоторые из которых присутствуют только в небольших количествах. Тот же метод был использован для предсказания химической структуры новых соединений. Основываясь на предсказаниях, соединения были отданы в приоритет для выяснения структуры с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса.