PNAS:挖掘神秘基因簇的药用价值

2014-1-26 10:58 来源: 生物通
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  加州大学的科学家们开发了新型基因操作平台,直接克隆、重构和异源表达了一个沉默的生物合成通路,获得了新型抗生素taromycin A。这一技术发表在本周的美国国家科学院院刊PNAS杂志上,为开发天然药用化合物开辟了新的途径。

  领导这项研究的Bradley S. Moore博士指出,这是一种“即插即用”的基因操作技术,可以用来激活未知的生物合成通路,生成有药用价值的天然产物。

  “我们利用这一合成生物学技术,在一种海洋微生物中发现了新抗生素。这一次只是小试牛刀,我们的平台还有更为广泛的应用潜力,”Moore说

  地球表面的70%是海洋,海洋中拥有丰富的微生物资源。随着二代测序技术的发展,人们认识到,微生物基因组是开发天然药用化合物的丰富资源。这类化合物可以帮助人们治疗感染、癌症和其他重要的疾病。举例来说,绝大多数的天然抗生素,是微生物基因组产出的复杂分子。但海洋微生物往往难以在实验室中培养,而且难以大量生产人们需要的产物。

  加州大学的科学家们在海洋细菌中,发现了一组可能编码天然产物的基因,并利用合成生物学技术得到了一种全新的抗生素。研究显示,这些抗生素能够有效攻击耐药的MRSA。

  “抗生素抗性是公共健康事业面临的一大挑战。目前,绝大多数抗生素药物(例如青霉素),是分离自土壤或雨林微生物的天然分子,是微生物进行生存竞争所用的武器,”参与这项研究的Victor Nizet教授说。

  微生物的基因组能够合成大量的特殊化合物,但人们目前还缺乏将基因与特殊分子关联起来的有效方法。为此,加州大学的研究人员在TAR(transformation-associated recombination)克隆的基础上开发了一个基因操作平台,TAR克隆能够通过同源重组直接捕获基因组中的大基因座。研究指出,这一技术可以根据未知基因簇有效生产天然分子。

  研究人员将这一技术用于一种海洋微生物的taromycin基因簇,该基因簇与达托霉素(daptomycin)的生物合成通路非常相似。达托霉素是一种被批准用于临床的抗生素,可以治疗多重耐药菌造成的感染。“这一技术能够帮助人们挖掘无数神秘微生物的药物研发潜力,”Nizet总结道。