Q&A: Новые методы исследования ДНК открывают невиданные ранее бактерии в почве и кандидатов в антибиотики

от

Вопрос из области биологии и медицины: бактерии издавна были ключевым источником жизненно важных антибиотиков, но большинство видов невозможно вырастить в лаборатории, что оставляет их терапевтический потенциал неиспользованным, в то время как проблема множественной лекарственной устойчивости становится всё более актуальной угрозой.

Ответ: группа учёных из Лаборатории генетически кодируемых малых молекул Рокфеллеровского университета недавно разработала способ обойти этот давний экспериментальный барьер. Этот метод позволяет как извлекать огромные участки ДНК бактерий непосредственно из почвы, так и использовать биоинформатику для отбора кандидатов в антибиотики из этой смеси. В недавней статье они описывают, как этот метод уже позволил обнаружить сотни ранее не встречавшихся геномов и два перспективных антибиотика широкого спектра действия.

Исследование, опубликованное в Nature Biotechnology, знаменует прорыв в доступе к так называемой микробной тёмной материи, которая скрывается повсюду на нашей планете.

Мы спросили Шона Ф. Брейди, возглавляющего лабораторию, и Яна Буриана, ведущего автора, о том, как эти открытия могут дать толчок новой эре открытий в микробиологии.

Брейди: «Почва — это нечто более знакомое, чем может показаться: вы играли в ней, когда были ребёнком, люди занимаются земледелием на ней тысячи лет, — и всё же во многих отношениях она остаётся terra incognita. По всему миру существует экосистема микробов, которая, вероятно, оказывает огромное влияние на нашу жизнь, которое мы ещё не понимаем. Бактерии, вероятно, формируют климат, сельское хозяйство, здоровье и биогеохимические циклы, но существует так много видов, которые мы никогда не могли увидеть, не говоря уже о том, чтобы изучить».

Часть моего увлечения — это желание исследовать неизвестное. Но есть и чисто практическая причина: микробы были источником большинства наших антибиотиков, и я хотел преодолеть основные препятствия для добычи из них новых лекарственных препаратов.

Буриан: «Это действительно захватывающе, что мы обнаружили даже больше. Наша лаборатория в основном работает над малыми молекулами и открытием новых антибиотиков, но мы знаем, что микробы также помогают нам понять, как устроен мир. Если мы сможем лучше понять роль бактерий в природе, последствия выйдут за рамки биотехнологии и медицины».

Брейди: «Подавляющее большинство бактерий не поддаются культивированию — в этом основная проблема. Другая проблема заключается в том, что даже если у вас есть ДНК бактерий, которые должны давать антибиотик или другие интересные малые молекулы, это не значит, что они будут экспрессироваться в лаборатории. Здесь, я думаю, мы предложили потенциальное решение одного вопроса, который задавался в этой области в течение 150 лет: в мире существует бесчисленное количество микробов, которых мы не можем увидеть. Как мы можем начать их наблюдать?»

Первый большой прорыв произошёл, когда Ян придумал, как извлечь действительно большие последовательности ДНК из почвы. Если мы не можем культивировать сами бактерии, то нам нужно как-то собрать их геномы, и это гораздо проще сделать, используя большие цепочки ДНК, а не соединяя маленькие фрагменты.

Как только у нас появилась ДНК, нам нужно было понять, как её использовать, поэтому мы использовали секвенирование длинных прочтений, чтобы чётко увидеть геномы. А затем мы хотели преобразовать всё это во что-то интересное — превратить эту ДНК в то, что бактерии могли бы создать в природе. Поэтому мы использовали биоинформатику, чтобы предсказать, что могут делать гены, синтезировать предсказанную молекулу и экспериментировать с ними.

Брейди: «Наше исследование интересно тем, что мы не просто видим новое, мы соединяем то, что видим, с механизмом, который может превратить то, что мы находим, во что-то потенциально полезное. В нашей статье мы выделяем двух кандидатов в антибиотики, включая один антибиотик широкого спектра действия, который мы смогли найти и синтезировать, но это только верхушка айсберга. Мы создали парадигму того, как разблокировать информацию в этих геномах, даже не культивируя эти бактерии, и мы ожидаем, что из этого выйдет ещё много открытий».

Буриан: «Мы сделали это, и это поднимает интересный вопрос об эволюции открытий в этой области на протяжении всей истории. Когда микробиология только начиналась, она почти полностью основывалась на микроскопии. У вас было огромное разнообразие, которое вы могли увидеть — так мы обнаружили существование многих видов микробов — но вы не могли их изучить. Так что в течение следующих ста лет область сместилась к культивированию бактерий, в первую очередь потому, что люди были заинтересованы в изучении микробов, чтобы лучше понять болезни».

Но теперь мы вернулись к тому, с чего начали. Мы снова смотрим на бактерии, которые мы не можем вырастить. Только на этот раз у нас есть геномные инструменты для их изучения.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте