Myksobakterie żyjące w glebie mogą okazać się cennym źródłem nowych substancji o działaniu przeciwbakteryjnym, przeciwwirusowym i przeciwgrzybiczym. Naukowcy z Instytutu Badań Farmaceutycznych Helmholtza w Saarze (HIPS) opisali 118 nowych myksobakterii i zsekwencjonowali ich genomy. Wyniki opublikowane w „Advanced Science” pokazują, że słabo poznana różnorodność mikroorganizmów może skrywać ogromny potencjał dla przyszłych odkryć leków.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Dlaczego myksobakterie mogą być cennym źródłem nowych związków bioaktywnych i jakie znaczenie może mieć ich badanie w poszukiwaniu przyszłych leków.
- Jakie są wyniki badania, w którym naukowcy opisali 118 nowych myksobakterii i zsekwencjonowali ich genomy, rozszerzając znaną różnorodność tej grupy do 28 rodzin i 90 rodzajów.
- Jakich pięć nowych klas związków odkryto dzięki badaniom myksobakterii oraz które z nich wykazują aktywność przeciwbakteryjną, przeciwwirusową lub przeciwgrzybiczą.
- Jak atlas ABC-Myxo może wspierać naukowców w poszukiwaniu nowych produktów naturalnych i dlaczego bioróżnorodność mikroorganizmów jest istotna w badaniach nad lekami.
Myksobakterie jako źródło nowych substancji czynnych
Wiele stosowanych obecnie antybiotyków wywodzi się bezpośrednio lub pośrednio ze związków naturalnie produkowanych przez mikroorganizmy. Jednak wraz z narastaniem oporności bakterii na leczenie poszukiwanie nowych substancji przeciwdrobnoustrojowych staje się coraz pilniejsze. Jednym z obiecujących kierunków są myksobakterie należące do typu Myxococcota. W porównaniu z wieloma innymi mikroorganizmami pozostają one stosunkowo słabo poznane. Dla badaczy jest to zaleta – im mniej zbadana grupa bakterii i większa jej różnorodność biologiczna, tym większa szansa na znalezienie nieznanych wcześniej cząsteczek.
Naukowcy z HIPS, będącego ośrodkiem Centrum Badań nad Zakażeniami im. Helmholtza (HZI) we współpracy z Uniwersytetem Kraju Saary, od kilkudziesięciu lat izolują myksobakterie przede wszystkim z próbek gleby.
118 nowych myksobakterii i znacznie większa różnorodność
Dotychczas w obrębie myksobakterii znano jedynie 11 rodzin i 32 rodzaje. Wieloletnie prace zespołu kierowanego przez prof. Rolfa Müllera pozwoliły rozszerzyć tę różnorodność do 28 rodzin i 90 rodzajów. W nowym badaniu opisano 118 myksobakterii, a następnie zsekwencjonowano ich genomy. Analiza ujawniła liczne regiony genetyczne związane z biosyntezą potencjalnie bioaktywnych związków.
Nowo wyizolowane bakterie i sekwencje ich genomów oferują nam bogatą skarbnicę nowych produktów naturalnych i ich genetycznych schematów. W praktycznie każdym analizowanym genomie znajdujemy liczne sekwencje genów do produkcji potencjalnych związków aktywnych, których nikt wcześniej nie widział – to niezwykle ekscytujące – mówi dr Ronald Garcia, naukowiec z działu „Naturalne Produkty Mikrobiologiczne”.
Oznacza to, że potencjał odkrywczy kolekcji nie ogranicza się do samych nowych gatunków bakterii. Ich genomy mogą wskazywać, jakie cząsteczki mikroorganizmy są zdolne wytwarzać i które z nich warto dokładniej zbadać.
Pięć nowych klas związków bioaktywnych
Badacze pokazali również, że różnorodność genetyczna myksobakterii może przekładać się na odkrywanie konkretnych produktów naturalnych. W ramach prac opisano pięć nowych klas związków. Myksokwateryny wykazały aktywność przeciwko grzybom, natomiast sandakrabiny – przeciwko wirusom. Sandarazole charakteryzowały się działaniem antybakteryjnym. Naukowcy odkryli również nowe syderofory nazwane sorangibaktynami oraz pyksydicykliny, będące nową klasą inhibitorów topoizomerazy.
Są to na razie odkrycia na wczesnym etapie badań i nie oznaczają powstania gotowych leków. Pokazują jednak, że poszerzanie katalogu słabo poznanych mikroorganizmów może prowadzić do identyfikacji zupełnie nowych struktur chemicznych.
Powstał internetowy atlas ABC-Myxo
Aby zgromadzona wiedza mogła służyć także innym zespołom badawczym, HIPS stworzył ABC-Myxo – bezpłatny, interaktywny atlas internetowy regionów genów wykorzystywanych przez myksobakterie do produkcji związków bioaktywnych. Dzięki temu naukowcy z całego świata mogą analizować dane genomiczne i poszukiwać obiecujących szlaków biosyntezy. Same mikroorganizmy mają być natomiast przechowywane do celów naukowych przez Instytut Leibniza DSMZ – Niemiecką Kolekcję Mikroorganizmów i Kultur Komórkowych.
Bioróżnorodność może mieć znaczenie dla przyszłych leków
Zdaniem autorów badania wyniki podkreślają znaczenie mikrobiologicznej bioróżnorodności dla odkrywania leków.
Nasze dane w imponujący sposób pokazują, jak ważna jest bioróżnorodność mikroorganizmów dla odkrywania nowych, naturalnych i aktywnych związków. Prawie żadnych nowych związków nie można znaleźć w mikroorganizmach, które zostały już dobrze zbadane. Nasza kolekcja myksobakterii oferuje natomiast niezrównany potencjał odkrywania prawdziwie nowatorskich struktur chemicznych. W ten sposób kładzie podwaliny pod pilnie potrzebne związki aktywne, które będą mogły skutecznie leczyć choroby zakaźne również w przyszłości – podkreśla prof. Rolf Müller, dyrektor naukowy HIPS.
Co ciekawe, do zwiększania różnorodności kolekcji mogą przyczyniać się również osoby spoza środowiska naukowego. W ramach projektu Microbelix uczestnicy pobierają próbki gleby z obszarów zbliżonych do naturalnych i przekazują je badaczom. Materiał może zawierać niepoznane dotąd myksobakterie, a wraz z nimi potencjalnie nowe związki bioaktywne.
Główne wnioski
- Naukowcy z HIPS opisali 118 nowych myksobakterii i zsekwencjonowali ich genomy. Dzięki wieloletnim badaniom znana różnorodność tej grupy wzrosła z 11 do 28 rodzin oraz z 32 do 90 rodzajów.
- W genomach nowych bakterii zidentyfikowano liczne nieznane wcześniej sekwencje genów związane z produkcją potencjalnych związków bioaktywnych, co wskazuje na duży potencjał myksobakterii w odkrywaniu nowych substancji.
- Badacze opisali pięć nowych klas związków naturalnych: myksokwateryny, sandakrabiny, sandarazole, sorangibaktyny i pyksydicykliny. Wśród nich znalazły się związki o aktywności przeciwgrzybiczej, przeciwwirusowej i przeciwbakteryjnej.
- HIPS udostępnił bezpłatny atlas ABC-Myxo, który pozwala naukowcom analizować regiony genów odpowiedzialnych za biosyntezę związków aktywnych i może wspierać dalsze poszukiwania kandydatów na nowe leki.
Źródło:
- https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.76919
- Helmholtz Centre for Infection Research
