Корейские биологи разобрали клеточный «конвейер» антибиотиков, который был выделен из генома бактерии Streptomyces kanamyceticus, и приспособили его для производства нескольких сверхэффективных лекарств, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Chemical Biology.

Группа ученых под руководством Е Чоона Еона (Yeo Joon Yoon) из Женского университета Ихва в Сеуле (Южная Корея) полагает, что их открытие значительно сократит расходы на производство уже существующих антибиотиков, так как теперь можно заставить бактерию производить только нужные лекарства, и не тратить ее силы и питательные вещества «впустую».

Бактерии рода Streptomyces были впервые описаны американским микробиологом Зельманом Ваксманом (Selman Waksman) в 1943 году, который получил за это открытие Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1952 году. Эти микроорганизмы нашли широкое применение в промышленном производстве антибиотиков, но сам механизм синтеза некоторых стрептомициновых антибиотиков пока малоизучен.

Еон и его коллеги разобрали этот процесс по «косточкам»-генам, вставляя в бактерию Streptomyces venezuelae различные комбинации генов, предположительно задействованные в «конвейере» по выпуску антибиотика канамицина у Streptomyces kanamyceticus.

В качестве первого шага исследователи поместили в Streptomyces venezuelae полный набор генов, отвечающих за производство антибиотиков у Streptomyces kanamyceticus. Новый штамм научился собирать молекулы канамицина – это означает, что данного набора генов достаточно для полноценной работы канамицинового «конвейера».

После этого ученые начали последовательно отключать некоторые из генов в цепочке, таким образом выясняя функцию каждой ступени.

Оказалось, что генетическая программа сборки канамицина содержит две параллельных ветви инструкций, которые кодируют по два различных варианта антибиотика.

В качестве первого «переключателя» между двумя программами выступает специальный фермент гликозил-трансфераза KanF, который преобразует исходное сахаристое вещество 2-DOS в два следующих полуфабриката, в зависимости от концентрации других ферментов.

Второй «ключ»-фермент KanE управляет сборкой молекул на последующих стадиях. Он умеет обрабатывать сразу четыре варианта полуфабрикатов, благодаря чему одна и та же бактерия может собирать столько же разновидностей канамицина. Один из этих полуфабрикатов – небрамицин – используется другими бактериями из рода Streptomyces для синтеза антибиотика тобрамицина.

Таким образом, работой «конвейера» и синтезом конкретного антибиотика можно управлять при помощи ферментов KanE и KanF, которые переключаются с одного полуфабриката на другой, в зависимости от условий клеточной среды.

Биологи проверили свои выводы: они заставили Streptomyces venezuelae синтезировать канамицин-«б» вместо канамицина-«а», вставив ее геном несколько генов, необходимых для «переключения» KanF и KanE.

Затем Еон и его коллеги научили бактерию собирать новую версию антибиотика амикацин-«Х», который раньше получали химическим путем из компонентов, вырабатываемых другими бактериями. Ученые испытали полученный препарат на нескольких штаммах кишечной палочки (Escherichia coli) и синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa). Амикацин-«Х» оказался эффективным даже против тех штаммов, которые выработали иммунитет к антибиотикам канамицинового ряда.

Ученые полагают, что их методика позволит вырабатывать высокоэффективные и дешевые антибиотики в промышленных масштабах без дополнительной химической обработки.