O syntetycznej produkcji antybiotyków

Streptomyces to rodzaj bakterii zdolnych do wzrostu w zróżnicowanym środowisku. Ich najbardziej intrygującą właściwością jest produkcja biologicznie czynnych metabolitów wtórnych, które mogą służyć jako czynniki przeciwgrzybicze i przeciwnowotworowe oraz antybiotyki. Ekspresja tych molekuł pozwala bakteriom Streptomyces na zwiększenie konkurencyjności, a co za tym idzie całkowitej przeżywalności. W związku z tym Streptomyces mogą być użyte w biotechnologii do produkcji antybiotyków i innych biologicznie użytecznych molekuł.

W tym kontekście zespół finansowanego przez UE projektu "Genome mining in Streptomyces violaceusniger, a prolific antibiotic producer" (ZHOU_PFL_POLYKETIDES) skupił się na szczególnej rodzinie enzymów, które są związane z biosyntezą antybiotyków u bakteryjnego gatunku Streptomyces violaceusniger DSM4137. Te wieloenzymowe kompleksy są nazywane syntazami poliketydowymi i katalizują produkcję związków poliketydowych takich jak erytromycyna i doksycyklina.

W tym kontekście naukowcy wyizolowali, sklonowali i scharakteryzowali duże klastery biosyntetycznych genów ze Streptomyces violaceusniger DSM4137 do produkcji różnych naturalnych związków. Aby lepiej zrozumieć powiązania między szlakami biosyntezy, usunęli z tych klasterów pewne geny lub wprowadzili modyfikacje do genów regulatorowych i obserwowali wynik syntezy. Stosując inżynierię genetyczną otrzymali również mutanty knasteru syntazy poliketydowej, aby zmaksymalizować ekspresję.

Wynikiem tych prac było wyprodukowanie przeciwgrzybiczego związku azalomycyny, czynnika przeciwnowotworowego nigerycyny oraz antybiotyku elajofyliny. Porównywalne prace prowadzono także w obrębie enzymologii tych reakcji i mechanizmu molekularnego chemicznej biosyntezy tych związków.

Rekapitulując, działania badawcze umożliwiają zastosowanie enzymów biosyntetycznych w mikroorganizmach odpowiednich do celów biotechnologicznych w produkcji określonej molekuły docelowej. To podejście umożliwia pokonanie wąskiego gardła w syntezie biologicznej naturalnych produktów.