Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали дизайнерские биосенсоры, которые могут обнаруживать представляющие интерес молекулы антибиотиков. Биосенсоры - это первый шаг к созданию «фабрик» по производству антибиотиков внутри таких микробов, как кишечная палочка.
Макролиды представляют собой группу встречающихся в природе небольших молекул, которые могут оказывать антибиотическое, противогрибковое или противораковое действие. Одним из примеров является антибиотик эритромицин - макролид, вырабатываемый обитающими в почве бактериями. Исследователи заинтересованы в использовании этих природных антибиотиков и микробов, которые их производят, для разработки новых антибиотиков; однако микробы, производящие макролиды-антибиотики, производят только небольшое количество антибиотиков из ограниченного набора.
«Наша конечная цель - сконструировать микробы, чтобы сделать новые версии этих антибиотиков для нашего использования, что резко сократит количество времени и денег, необходимых для тестирования и разработки новых лекарств», - говорит Гэвин Уильямс, доцент биоорганической химии в штате Северная Каролина и соответствующий автор статьи с описанием исследования. «Чтобы сделать это, нам сначала нужно иметь возможность обнаруживать интересующие молекулы антибиотиков, продуцируемые микробами».
Уильямс и его команда использовали природный молекулярный переключатель - белок под названием MphR - в качестве своего биосенсора. У E. coli MphR может обнаруживать присутствие макролидных антибиотиков, секретируемых микробами, атакующими E.коли. Когда MphR обнаруживает антибиотик, он включает механизм резистентности, чтобы свести на нет действие антибиотика.
Исследователи создали большую библиотеку вариантов белка MphR и проверили их на способность включать производство флуоресцентного зеленого белка, когда они находились в присутствии желаемого макролида. Они протестировали варианты против эритромицина, который MphR уже распознает, и обнаружили, что некоторые из вариантов MphR улучшили свою способность обнаружения в десять раз. Они также успешно протестировали варианты против макролидов, которые не были тесно связаны с эритромицином, такими как тилозин..
«По сути, мы адаптировали и усовершенствовали сенсорную систему MphR, увеличив ее чувствительность при распознавании интересующих нас молекул», - говорит Уильямс. «Мы знаем, что можем адаптировать этот биосенсор и что он будет обнаруживать интересующие нас молекулы, что позволит нам быстро проверять миллионы различных штаммов. Это первый шаг к высокопроизводительной разработке антибиотиков, когда мы создаем обширные библиотеки генетически модифицированных штаммов и вариантов микробов, чтобы найти несколько штаммов и вариантов, которые производят желаемую молекулу с желаемым выходом».
Исследование опубликовано в ACS Synthetic Biology и финансировалось Национальным институтом здравоохранения (грант GM104258) и Инновационным фондом канцлера штата Северная Каролина. В работе приняли участие аспирант Ивэй Ли, бывший аспирант Кристиан Кейси, бывший студент бакалавриата Мунир Зеррад и Т. Эштон Кропп, профессор химии Университета Содружества Вирджинии.