Sklerinsyra har upptäckts genom att fånga och konstruera ett DNA-fragment från jordbakterier Streptomyces sclerotialus, och kan hjälpa till att bekämpa bakterieinfektioner - av forskare vid School of Life Sciences och Institutionen för kemi, University of Warwick.

Ett team ledd av Dr Christophe Corre och Dr Manuela Tosin har publicerats i Kemivetenskap karakteriseringen av en ny bioaktiv naturprodukt vars derivat kan användas som antibiotika och hjälpa till att bekämpa infektioner.

Den nya molekylen krypterades i ett tyst kluster av gener i jordbakterien Streptomyces sclerotialus (isolerad i Pune—Indien) och upptäcktes genom att aktivera en annars tyst väg med en kombination av bioinformatiska analyser, CRISPR/Cas9-genredigering och analytisk kemiinstrumentering.

Bioinformatikverktyg gör det möjligt att identifiera proteiner som kodas i DNA-sekvenser och att förutsäga vilken roll de kan spela. I de flesta studier som syftade till att upptäcka nya naturliga produkter, forskare letar efter konserverade enzymer med homologi med kända biosyntetiska maskiner. I den här studien, konserverade regulatoriska element associerade med biosyntetiska gener var målinriktade. Ett tillvägagångssätt som förväntas leda till upptäckten av naturliga produkter sammansatta av helt nya typer av biokatalysatorer.

Studien avslöjade en strukturellt ny klass av naturliga produkter men också nya biosyntetiska enzymer som katalyserar unika kondensationsreaktioner mellan byggstenarna som utgör sklerinsyra. Sådana enzymer kan hitta framtida tillämpningar som biokatalysatorer för tillverkning av högvärdiga kemikalier.

Uttrycket och manipulationen av klustret av gener av intresse utfördes i en sekundär organism med användning av snabb och effektiv CRISPR/Cas9-baserad genredigeringsteknik. Detta innebär att det inte finns något behov av att optimera ett protokoll för konstruktion av bakteriearterna av intresse, och detta tillvägagångssätt kan utvidgas till att utnyttja genkluster identifierade i genetiskt svårbehandlade bakterier eller till och med i metagenomer (genetiskt material som återvinns direkt från miljöprover).

Tillvägagångssättet att konstruera genetiskt tysta vägar som bakterier "normalt" använder för att konkurrera ut andra mikroorganismer kan resultera i upptäckten av ett brett utbud av nya antimikrobiella föreningar - vilket kan hjälpa till att lösa krisen med antibiotikaresistens.

Forskarna testade sedan sklerinsyrans möjliga antibiotika och fann att den visade måttlig antibakteriell aktivitet mot Mycobacterium tuberculosis (H37Rv), uppvisar en 32% hämning av tillväxten av denna stam. Sklerinsyran visade också hämmande aktivitet på det cancerassocierade metaboliska enzymet nikotinamid N-metyltransferas (NNMT).

Dr Christophe Corre som är en del av Warwick Integrative Synthetic Biology Center kommenterade:

"Under det senaste decenniet, en kombination av tekniska framsteg, i synnerhet vid DNA-sekvensering, utveckling av bioinformatikverktyg, mikrobiell genteknik och analytisk kemi, har verkligen förändrat spelet. Nya strategier har utvecklats för att utnyttja bakteriers genom och få tillgång till en stor outnyttjad källa av nya molekyler med terapeutisk potential, i synnerhet för att behandla infektionssjukdomar.

Med hjälp av syntetisk biologi, vår studie har visat att brytning av lås på transkriptionell nivå utlöser produktion av riktigt nya bioaktiva ämnen. Nästa spelväxlare kommer att vara den framgångsrika implementeringen av automation och robotik för att karakterisera de tusentals naturliga produkter som förblir krypterade på DNA-nivå."