Forskare från North Carolina State University har konstruerat designerbiosensorer som kan upptäcka antibiotiska molekyler av intresse. Biosensorerna är ett första steg mot att skapa antibiotikaproducerande "fabriker" inom mikrober som t.ex. E coli.

Makrolider är en grupp av naturligt förekommande små molekyler som kan ha antibiotika, svampdödande eller cancerframkallande effekter. Antibiotikumet erytromycin är ett exempel - det är en makrolid som produceras av jordlevande bakterier. Forskare är intresserade av att använda dessa naturliga antibiotika och mikroberna som producerar dem för att utveckla nya antibiotika; dock, mikrober som producerar antibiotika makrolider gör endast små mängder av ett begränsat antal antibiotika.

"Vårt yttersta mål är att konstruera mikrober för att göra nya versioner av dessa antibiotika för vår användning, vilket drastiskt kommer att minska mängden tid och pengar som krävs för nya drogtester och utveckling, "säger Gavin Williams, docent i bio-organisk kemi vid NC State och motsvarande författare till ett papper som beskriver forskningen. "För att kunna göra det, vi måste först kunna detektera antibiotikamolekylerna av intresse som produceras av mikroberna. "

Williams och hans team använde en naturligt förekommande molekylär switch - ett protein som heter MphR - som deras biosensor. I E coli , MphR kan upptäcka närvaron av makrolidantibiotika som utsöndras av mikrober som angriper E coli . När MphR känner av antibiotikumet, den aktiverar en resistensmekanism för att negera antibiotikans effekter.

Forskarna skapade ett stort bibliotek med MphR -proteinvarianter och undersökte dem för möjligheten att slå på produktionen av ett fluorescerande grönt protein när de var i närvaro av en önskad makrolid. De testade varianterna mot erytromycin, som MphR redan känner igen, och fann att några av MphR -varianterna förbättrade sin detekteringsförmåga tiofaldigt. De testade också framgångsrikt varianterna mot makrolider som inte var nära besläktade med erytromycin, såsom tylosin.

"I huvudsak har vi samarbetat och utvecklat MphR-sensorsystemet, öka sin känslighet för att känna igen molekylerna som vi är intresserade av, "säger Williams." Vi vet att vi kan skräddarsy denna biosensor och att den kommer att upptäcka molekylerna vi är intresserade av, vilket gör att vi snabbt kan screena miljontals olika stammar. Detta är det första steget mot högkapacitetsteknik av antibiotika, där vi skapar stora bibliotek av genetiskt modifierade stammar och varianter av mikrober för att hitta de få stammar och varianter som producerar den önskade molekylen i önskat utbyte. "

Forskningen visas i ACS syntetisk biologi , och finansierades av National Institutes of Health (bidrag GM104258) och NC State Chancellor's Innovation Fund. Doktorand Yiwei Li, tidigare doktorand Christian Kasey, tidigare doktorand Mounir Zerrad, och T. Ashton Cropp, professor i kemi vid Virginia Commonwealth University, bidragit till arbetet.