Attirando i repressori che smorzano inespressi, geni silenziosi nei batteri Streptomyces, i ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno sbloccato diversi grandi gruppi di geni per nuovi prodotti naturali, secondo uno studio pubblicato sulla rivista Natura chimica biologia .

Poiché molti antibiotici, agenti antitumorali e altri farmaci sono stati derivati ​​da geni prontamente espressi in Streptomyces, i ricercatori sperano che i geni non silenziati che non sono stati precedentemente espressi in laboratorio forniranno ulteriori candidati nella ricerca di nuovi farmaci antimicrobici, dice il capo dello studio e professore di ingegneria chimica e biomolecolare Huimin Zhao.

"Ci sono così tanti prodotti naturali non ancora scoperti che giacciono inespressi nei genomi. Li consideriamo la materia oscura della cellula, " Zhao ha detto. "La resistenza antimicrobica è diventata una sfida globale, quindi chiaramente c'è un urgente bisogno di strumenti per aiutare la scoperta di nuovi prodotti naturali. In questo lavoro, abbiamo trovato nuovi composti attivando cluster di geni silenziosi che non sono stati esplorati prima".

I ricercatori hanno precedentemente dimostrato una tecnica per attivare piccoli cluster di geni silenziosi utilizzando la tecnologia CRISPR. Però, grandi cluster di geni silenziosi sono rimasti difficili da riattivare. Quei geni più grandi sono di grande interesse per il gruppo di Zhao, poiché alcuni di essi hanno sequenze simili a regioni che codificano per classi esistenti di antibiotici, come la tetraciclina.

Per sbloccare i grandi cluster di geni di maggiore interesse, Il gruppo di Zhao ha creato cloni dei frammenti di DNA che volevano esprimere e li ha iniettati nei batteri nella speranza di attirare via le molecole repressive che impedivano l'espressione genica. Hanno chiamato questi cloni fattori di trascrizione esche.

"Altri hanno usato questo tipo di esche simili per applicazioni terapeutiche nelle cellule dei mammiferi, ma mostriamo qui per la prima volta che può essere utilizzato per la scoperta di farmaci attivando geni silenziosi nei batteri, " disse Zhao, che è affiliato al Carle Illinois College of Medicine, il Carl R. Woese Institute for Genomic Biology e il Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation dell'Illinois.

Per dimostrare che le molecole per cui hanno codificato venivano espresse, i ricercatori hanno testato prima il metodo dell'esca su due gruppi di geni noti che sintetizzano prodotti naturali. Prossimo, hanno creato esche per otto gruppi di geni silenziosi che erano stati precedentemente inesplorati. Nei batteri iniettati con i richiami, i geni silenziosi mirati sono stati espressi ei ricercatori hanno raccolto nuovi prodotti.

"Abbiamo visto che il metodo funziona bene per questi grandi cluster difficili da raggiungere con altri metodi, " Zhao ha detto. "Ha anche il vantaggio di non disturbare il genoma; sta solo allontanando i repressori. Quindi i geni vengono espressi naturalmente dal DNA nativo".

Nella ricerca di candidati alla droga, ogni prodotto deve essere isolato e quindi studiato per determinare cosa fa. Delle otto nuove molecole prodotte, i ricercatori hanno purificato e determinato la struttura di due molecole, e ne ha descritto uno in dettaglio nello studio:un nuovo tipo di ossazolo, una classe di molecole spesso utilizzate nei farmaci.

I ricercatori hanno in programma di caratterizzare il resto degli otto composti ed eseguire vari test per scoprire se hanno qualche antimicrobico, antimicotico, antitumorali o altre attività biologiche.

Il gruppo di Zhao prevede inoltre di applicare la tecnica dell'esca per esplorare cluster di geni biosintetici più silenziosi di interesse in Streptomyces e in altri batteri e funghi per trovare prodotti naturali più sconosciuti. Altri gruppi di ricerca sono invitati a utilizzare la tecnica per i cluster di geni che stanno esplorando, ha detto Zhao.

"Il principio è lo stesso, supponendo che l'espressione genica sia repressa dai fattori di trascrizione e abbiamo solo bisogno di rilasciare quell'espressione usando frammenti di DNA esca, " Ha detto Zhao.