Сотрудничество исследователей открыло новый способ быстрого производства ряда важных с медицинской точки зрения натуральных продуктов после открытия новаторской технологии, которая превращает марафон эволюции в спринт.
Неожиданное открытие было сделано, когда исследовательская группа непреднамеренно воспроизвела процесс, который бактерии используют для развития своего механизма для производства натуральных продуктов.
Теперь команда, в которую входят ученые из Центра Джона Иннеса, планирует использовать этот процесс для создания «библиотек» ценных соединений, созданных с помощью метода, который они назвали «Ускоренная эволюция».
В течение 20 лет мы использовали рациональную биоинженерию для модификации химических структур клинически важных натуральных продуктов - используя генетику для создания новой молекулы в процессе, который аналогичен медицинской химии - и это то, что мы делали, когда споткнулись по этому поводу», - сказал профессор Барри Уилкинсон из Центра Джона Иннеса.
"Мы открыли совершенно новый способ ведения дел, который также научит нас рациональным образом совершенствовать биоинженерные системы."
Сотрудничество проводилось под руководством Isomerase Therapeutics Ltd и включало Кембриджский университет, Pfizer, Roche и DSTL.
Команда принимала участие в лабораторных работах по созданию новых версий рапамицина, коммерчески успешного природного соединения, вырабатываемого бактериями, используемого для предотвращения отторжения трансплантата органов и лечения некоторых видов рака.
Рапамицин принадлежит к важному с медицинской и сельскохозяйственной точки зрения классу соединений, называемых поликетидами. Грибы и бактерии производят эти соединения, чтобы дать им преимущество в выживании, например, для защиты от атак патогенов и сохранения ресурсов в окружающей среде.
В рамках своего эксперимента команда вставила чувствительный к температуре репликон в геном штамма-хозяина, почвенных бактерий Streptomyces rapamycinicus.
Но вместо ожидаемого результата - нового штамма Streptomyces rapamycinicus, продуцирующего особую новую версию рапамицина - они выделили широкий спектр новых штаммов, каждый из которых произвел неожиданные новые молекулы. Эти штаммы могут быть дополнительно модифицированы, что приведет к сотням новых, структурно разнообразных соединений.
Команда считает, что, вставив репликон в гены, ответственные за производство рапамицина, они непреднамеренно внесли генетическую нестабильность, которая активировала процесс восстановления ДНК, называемый гомологичной репликацией.
Это заставило бактерию-хозяина «выплюнуть» репликон из генома, что привело к перестройке генов биосинтеза рапамицина.
Профессор Уилкинсон объясняет: «Мы думаем, что этот процесс имитирует и ускоряет процессы, которые преобладают во время естественной эволюции поликетидов».
Создав платформу разработки лекарств для использования платформы Accelerated Evolution, команда считает, что это начало новой эры в открытии лекарств из натуральных продуктов.
Доктор Мэтью Грегори, соавтор статьи и генеральный директор Isomerase Therapeutics Ltd, сказал: «Работа, описанная в этой статье, имеет важные последствия для области натуральных продуктов и синтетической биологии в целом».
Открытие описано в журнале Nature Communications.