取消靜音大的沉默基因可以讓細菌產生新的分子
根據(jù)發(fā)表在“ 自然 - 化學生物學 ”雜志上的一項研究,伊利諾伊大學的研究人員通過誘導抑制鏈霉菌細菌抑制未表達的沉默基因,為新天然產物開辟了幾個大基因簇。
研究人員表示,由于許多抗生素,抗癌藥物和其他藥物來源于鏈霉菌中易于表達的基因,因此研究人員希望,以前未在實驗室中表達過的基因消除不足會產生額外的候選藥物。領導與化學與生物分子工程教授趙惠民。
“有很多未被發(fā)現(xiàn)的天然產物在基因組中沒有表現(xiàn)出來。我們認為它們是細胞的暗物質,”趙說。“抗微生物抗性已成為一項全球性挑戰(zhàn),因此顯然迫切需要有助于發(fā)現(xiàn)新型天然產物的工具。在這項工作中,我們通過激活以前未曾探索過的沉默基因簇來發(fā)現(xiàn)新化合物。”
研究人員之前展示了一種使用CRISPR技術激活小型沉默基因簇的技術。然而,大的沉默基因簇仍然難以取消靜音。這些較大的基因對趙氏組非常感興趣,因為其中許多基因的序列與編碼現(xiàn)有抗生素類別的區(qū)域相似,如四環(huán)素。
為了解開最感興趣的大基因簇,趙的小組創(chuàng)建了他們想要表達的DNA片段的克隆,并將它們注入細菌中,希望能夠吸走阻止基因表達的阻遏物分子。他們稱這些克隆為轉錄因子誘餌。
“其他人已經在哺乳動物細胞中使用這種類似的誘餌用于治療應用,但我們首次在這里展示它可以通過激活細菌中的沉默基因來用于藥物發(fā)現(xiàn),”負責卡爾伊利諾伊州的趙說。醫(yī)學院,Carl R. Woese基因組生物學研究所和伊利諾伊州先進生物能源和生物產品創(chuàng)新中心。
為了證明他們編碼的分子是被表達的,研究人員首先在兩個合成天然產物的已知基因簇上測試了誘餌方法。接下來,他們?yōu)橹拔撮_發(fā)過的八個沉默基因簇創(chuàng)建了誘餌。在用誘餌注射的細菌中,表達了目標沉默基因,研究人員收獲了新產品。
“我們看到這種方法適用于難以通過其他方法定位的大型集群,”趙說。“它的優(yōu)點還在于它不會干擾基因組;它只是將阻遏物拉走。然后基因從天然DNA中自然表達出來。”
在尋找候選藥物時,需要對每種產品進行分離,然后進行研究以確定其作用。研究人員在生產的8種新分子中純化并確定了兩種分子的結構,并在研究中詳細描述了這種分子 - 一種新型的惡唑,一種常用于藥物的分子。
研究人員接下來計劃對八種化合物中的其余化合物進行表征,并運行各種檢測方法,以確定它們是否具有抗微生物,抗真菌,抗癌或其他生物活性。
趙氏小組還計劃應用誘餌技術探索鏈霉菌和其他細菌和真菌中感興趣的更沉默的生物合成基因簇,以尋找更多未被發(fā)現(xiàn)的天然產物。趙說,歡迎其他研究小組將這項技術用于他們正在探索的基因簇。
“原理是一樣的,假設基因表達被轉錄因子抑制,我們只需要通過使用誘餌DNA片段釋放該表達,”趙說。
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