Материал: Шмид Р. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия

Антибиотики

Поликетидные антибиотики

Антибиотики

58

Получение новых антибиотиков

ВВЕДЕНИЕ. Несмотря на значительные успехи медицины, связанные с использованием антибиотиков, и большое число новых лекарств, обладающих антибиотическим действием, в современном мире распространяются инфекционные заболевания, уже считавшиеся полностью побежденными, например туберкулез, стрептококковые и стафилококковые инфекции. Появление новых форм возбудителей заболеваний объясняется возникновением устойчивости микроорганизмов к используемому антибиотику (антибиотикам). Гены, обеспечивающие такую устойчивость, распространяются посредством плазмид и/или транспозонов; таким образом возможна передача генетического материала как между сходными (при конъюгации), так и между различными (при фаговой инфекции) организмами. Важной проблемой при поиске новых антибиотиков, как правило, является их высокая токсичность для человека. Грибы, дрожжи и простейшие – эукариоты, и для них характерны общие для эукариот особенности обмена веществ, поэтому большинство веществ, токсичных для этих возбудителей заболеваний, оказываются токсичными и для человека. Очевидно, что актуальность задачи создания новых антибиотиков не ослабевает.

НОВЫЕ СТРАТЕГИИ СКРИНИНГА. Использование классического метода скринига, в частности с применением биочипов, приводит к тому, что из 10 проанализированных веществ 9 имеют новую, ранее неизвестную структуру, но вовсе не обязательно новые свойства. Таким образом, очевидна необходимость разработки новых подходов к поиску веществ, обладающих антибиотическим действием. Приведем несколько примеров принципиально новых стратегий.

а) «Биосинтез, направляемый предшественником» – полусинтетический метод, при котором в среду роста микроорганизма-продуцента добавляют вещества-предшественники антибиотика.

б) Скрининг среди малоизученных микроорганизмов, например миксобактерий, редких актиномицетов, лишайников или губок.

в) Усовершенствование технологии микрочипов. г) Поиск промежуточных продуктов биосинтеза

антибиотиков.

д) Осуществление генетической рекомбинации между различными продуцентами антибиотиков.

е) Поиск предшественников антибиотиков методами «обратной генетики».

ж) Осуществление рекомбинации генов – участников биосинтеза антибиотиков в системе in vitro, и использование полученных ферментов в синтезе новых веществ in vivo (комбинаторный биосинтез).

з) Поиск новых мишеней действия антибиотиков на основе анализа генома патогенных микроорганизмов.

ОБРАТНАЯ ГЕНЕТИКА. Если в определенном организме установлена нуклеотидная последовательность гена фермента, участвующего в биосинтезе антибиотика, эта информация может послужить для поиска генов, кодирующих ту же ферментативную активность в геномной ДНК других организмов. Так была получена важная информация о взаиморасположении генов, ответственных за синтез макролидных антибиотиков.

КОМБИНАТОРНЫЙ БИОСИНТЕЗ. Примером может служить получение новых макролидных антибиотиков с измененными свойствами. Гены, кодирующие три фермента комплекса поликетидсинтазы, катализирующей наращивание углеродной цепи, организованы в виде кластера. Аналогичным образом расположены и гены ферментов, определяющих модификации поликетидной цепи. Клонирование всех этих генов позволило осуществить обмен генами между кластерами, и рекомбинантные ДНК в составе плазмид вновь были внесены в клетки организма-хозяина. Так было получено несколько новых макролидных антибиотиков, не найденных в природе и обладающих специфическими свойствами.

ПОИСК НОВЫХ МИШЕНЕЙ ДЛЯ ДЕЙСТВИЯ АНТИБИОТИКОВ МЕТОДАМИ ГЕНОМНОГО АНАЛИЗА. С каждым годом увеличивается число микроорганизмов, для которых нуклеотидная последовательность генома полностью известна. В качестве примера приведем несколько микроорганизмов – возбудителей заболеваний человека, геном которых в настоящее время секвенирован: Haemophilus influenzae

(1,83 млн п.н., хронический бронхит), Helicobacter pylori (1,67 млн п.н., язвенные заболевания), Borellia burgdorferi (0,91 млн п.н., бореллиоз), Mycobacterium tuberculosum (4,41 млн п.н., туберкулез), Treponema pallidum (1,14 млн п.н., сифилис), Chlamydia trachomatis (1,04 млн п.н., инфекционные заболевания глаз). Анализ генома позволяет выявлять особенности метаболизма или сигнальные пути, специфические для патогенного организма. Впоследствии эта информация может служить для создания антибиотиков, действующих на новые «мишени». Так, в настоящее время проводятся работы по созданию антибиотика, действующего против Helicobacter pylori: по данным геномного анализа предполагаемой мишенью действия этого нового антибиотика могут быть ферменты – участники обмена никеля в микроорганизме.