Science：一種開創性的遺傳方法——利用CRISPR-Cas9技術，激活細菌隱藏的藥物潛能

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-12-17 16:30:00【大中小】

摘要：研究人員現在已經開發出一種開創性的遺傳方法，利用天然細菌機制轉移遺傳物質，并將其用于生產新的活性成分。

與人類不同，細菌具有相互交換遺傳物質的非凡能力。具有深遠影響的一個眾所周知的例子就是細菌病原體之間抗生素抗性基因的轉移。這種基因轉移使它們能夠迅速適應不同的環境條件，并且是抗生素耐藥性傳播的主要驅動因素。

HIPS和德國感染研究中心（DZIF）的研究人員現在已經利用這一自然原理，從細菌中擴增和分離出新的生物活性天然產物的遺傳藍圖，稱為生物合成基因簇。他們的創新方法被稱為“ACTIMOT”，可以直接在原生細菌中產生基因簇中編碼的天然產物，也可以將它們轉移到更合適的微生物生產菌株中，在那里產生新的分子。HIPS是亥姆霍茲感染研究中心（HZI）與薩爾大學合作的一個站點。

圖1 自體DNA動員和增殖加速了細菌天然產物的發現

ACTIMOT是“Advanced Cas9-mediaTed In vivo MObilization and mulTiplication of BGCs”的縮寫，它利用CRISPR-Cas9技術，該技術被稱為“基因剪刀”，因此可以對細菌的遺傳物質進行精確干預。由于生物合成基因簇在實驗室條件下通常不太活躍，因此使用ACTIMOT將它們從基因組中提取出來，并插入到可移動的遺傳單元中，然后由細菌本身繁殖。所有這些步驟都是利用分子機制進行的，這種機制也允許細菌在彼此之間轉移抗性基因。在許多情況下，這些所謂的質粒上的基因簇的擴增已經足以產生編碼的天然產物。如果不成功，形成的質?？梢院苋菀椎剞D移到另一個生產菌株中，以生產編碼的天然產物。作者在本研究中提供了兩種方法的成功例子。

“由于各種原因，許多生物合成基因簇在實驗室條件下仍然受到抑制，目前揭示它們編碼的天然產物的努力只涉及有限數量的基因簇，”HIPS初級研究小組組長、該研究的最后作者Chengzhang Fu說。“我們的方法模仿天然細菌基因轉移過程，直接釋放和擴增天然細菌細胞內的整個生物合成基因簇，從而獲得以前隱藏的天然產物。與現有方法相比，使用這項技術，我們可以更快、更容易地利用細菌的生物合成潛力。”

該團隊已經證明了ACTIMOT確實可以帶來新的發現：在研究中，研究人員從四種以前未知的天然產物類別中發現了39種新的天然產物。這些發現給了團隊信心，ACTIMOT可以顯著加速新候選藥物的發現。“微生物為我們提供了令人難以置信的生產新化學物質的潛力，我們可以利用這些化學物質，除其他外，開發急需的活性成分，到目前為止，這種微生物寶藏的很大一部分仍然對我們隱藏著。ACTIMOT將幫助我們進一步開發細菌的生物合成潛力，從而顯著推進新活性劑的開發。”Rolf Müller說，他是HIPS的部門主管和科學主任，也是DZIF“新抗生素”研究領域的協調員，他也在這項研究中發揮了主導作用。