Una collaborazione di ricerca ha scoperto un nuovo modo di generare rapidamente una serie di prodotti naturali significativi dal punto di vista medico dopo aver scoperto una tecnica innovativa che trasforma la maratona dell'evoluzione in uno sprint.
La scoperta a sorpresa è arrivata quando il team di ricerca ha inavvertitamente replicato un processo che i batteri usano per far evolvere i loro macchinari per realizzare prodotti naturali.
Ora la squadra, che comprende scienziati del John Innes Centre, pianificano di sfruttare questo processo per generare "librerie" di composti preziosi creati dalla tecnica che hanno chiamato Evoluzione accelerata.
"Per 20 anni abbiamo utilizzato la bioingegneria razionale per modificare le strutture chimiche di prodotti naturali clinicamente importanti - utilizzando la genetica per creare una nuova molecola in un processo parallelo alla chimica medicinale - ed è quello che stavamo facendo quando ci siamo imbattuti in questo, ", ha affermato il professor Barrie Wilkinson del John Innes Centre.
"Abbiamo scoperto un modo completamente nuovo di fare le cose, uno che ci insegnerà anche come migliorare i sistemi di bioingegneria in modo razionale".
La collaborazione è stata guidata da Isomerase Therapeutics Ltd, e comprendeva l'Università di Cambridge, Pfizer, Roche e DSTL.
Il team è stato coinvolto nel lavoro di laboratorio per produrre nuove versioni di rapamicina, un composto naturale di successo commerciale prodotto da batteri, utilizzato per prevenire il rigetto del trapianto di organi e trattare alcuni tipi di cancro.
La rapamicina appartiene a una classe di composti importanti dal punto di vista medico e agricolo chiamati polichetidi. Funghi e batteri producono questi composti per dare loro un vantaggio di sopravvivenza, ad esempio per difendersi dall'attacco di agenti patogeni e proteggere le risorse nell'ambiente.
Come parte del loro esperimento, il team ha inserito un replicone sensibile alla temperatura nel genoma del ceppo ospite, il batterio del suolo Streptomyces rapamycinicus.
Ma invece del risultato atteso - un nuovo ceppo di Streptomyces rapamycinicus che produce una nuova versione specifica di rapamicina - hanno isolato un'ampia gamma di nuovi ceppi che hanno prodotto nuove molecole inaspettate. Questi ceppi potrebbero essere ulteriormente modificati portando a centinaia di nuovi, composti strutturalmente diversi.
La squadra crede che, inserendo il replicone nei geni responsabili della produzione della rapamicina, hanno inavvertitamente introdotto un'instabilità genetica che ha attivato un processo di riparazione del DNA chiamato replicazione omologa.
Ciò ha fatto sì che i batteri ospiti "sputassero" il replicone dal genoma, causando un riarrangiamento dei geni biosintetici della rapamicina.
Il professor Wilkinson spiega:"Pensiamo che questo processo imiti e acceleri i processi prevalenti durante l'evoluzione naturale del polichetide".
Creando una piattaforma di sviluppo per la scoperta di farmaci per sfruttare la piattaforma Accelerated Evolution, il team crede che sia l'inizio di una nuova era nella scoperta di farmaci per prodotti naturali.
Dottor Matteo Gregory, un autore corrispondente dell'articolo e CEO di Isomerase Therapeutics Ltd, ha dichiarato:"Il lavoro descritto in questo documento ha importanti ramificazioni per il campo dei prodotti naturali e la biologia sintetica in generale".
La scoperta è descritta nella rivista Comunicazioni sulla natura in un articolo intitolato "Biosintesi orientata alla diversità attraverso l'evoluzione accelerata di cluster di geni modulari".
