Genom att kombinera innovationerna inom syntetisk biologi med robotmiljöprovtagning, ett team av forskare från University of Bristol reser till några av de mest "extremsta" miljöerna på jorden, inklusive Atlantdjup på 4,5 km, att hitta nya ledtrådar som kan hjälpa till i den globala kampen mot antimikrobiell resistens.

Utvecklingen av antibiotika anses av många vara det största medicinska framstegen i mänsklighetens historia. Nyligen, dock, framväxten av antimikrobiell resistens (AMR) som ett globalt hot mot vår hälsa och välbefinnande har satt skarpt fokus på det trängande behovet av upptäckt och utveckling av nya antibiotika som kan övervinna det överhängande hotet från AMR.

Historiskt sett, majoriteten av kliniskt användbara antibiotika har varit baserade på molekyler isolerade från naturliga källor. Än idag kommer cirka 70 procent av all antibiotika som skrivs ut från så kallade "naturprodukter"; kemiska föreningar som produceras av mikroorganismer eller växter för att möjliggöra deras överlevnad i de miljönischer som de lever i. Även om upptäckten av naturliga läkemedel var en stöttepelare i läkemedelsindustrin i mitten av 1900-talet, tillkomsten av strukturbaserade tillvägagångssätt och kombinatorisk kemi på 1980- och 90-talen, ledde till att industrin flyttade bort från detta tillvägagångssätt. Nu, cirka 20 år senare, den framväxande vetenskapen om syntetisk biologi gör det möjligt för forskare att snabbt upptäcka och optimera naturliga produkter för användning som antibiotikaledningar, vilket resulterar i en renässans inom detta viktiga forskningsområde.

Finansierat av BrisSynBio, Dr Paul Race och kollegor vid University of Bristol kombinerar innovationerna inom syntetisk biologi med robotmiljöprovtagning för att försöka avblockera pipelinen för upptäckt av antibiotika. För att hitta nya och intressanta naturprodukter är det bästa stället att leta i mikroorganismer som har utsatts för evolutionära tryck som kräver förvärv av ovanliga metaboliska innovationer.

Djupa havet är en av de mest "extrema" miljöerna på jorden, och mikroorganismer som lever där anses vara utmärkta källor till nya naturliga produkter. Med hjälp av ett fjärrstyrt fordon, utplacerad från James Cook forskningsfartyg, teamet har tagit fram miljöprover från tidigare outforskade regioner i Atlantens havsbotten på djup> 4,5 km.

Efter provåtervinning, bakterierna som finns i dessa prover odlas i labbet och deras förmåga att producera nya naturliga produkter med antimikrobiell aktivitet bestäms. Detta projekt har bara pågått i 18 månader men teamet har redan isolerat> 1000 tidigare okarakteriserade mikroorganismer, och sex nya naturliga produktbaserade antibiotikaledningar. Detta marina upptäcktsprogram utarbetas nu genom samarbete med andra forskare i Bristol och på andra håll för att inkludera mikroorganismer som återvunnits från Antarktis och från ökenjordar.

I relaterat arbete, forskarna använder molekylära, genetiska och kemiska tekniker för att manipulera de cellulära maskineriet som ansvarar för biosyntesen av antimikrobiella naturprodukter från marina bakterier. Bygger på tidigare arbete med att undersöka naturprodukten abyssomicin C, från bakterien V. maris, som först isolerades från Stilla havets botten, de genererar funktionellt optimerade versioner av denna molekyl som är bättre lämpade för användning som antibiotika hos djur och människor.