Исследователи из Лаборатории генетически закодированных малых молекул Шона Брэди работают над тем, как обойти эти препятствия. Используя технологию геномного секвенирования, они могут исследовать организмы, которые живут в таких средах обитания, как почва, без необходимости выращивать микробы в лаборатории. Они используют эту информацию для определения местоположения кластеров генов, которые, по их мнению, могут кодировать новые антибиотики, и с помощью гражданских ученых со всей страны надеются обработать образцы почвы из районов, которые они никогда бы не смогли посетить самостоятельно. .В предварительном порядке лаборатория Брэди исследовала около 100 образцов почвы из двух регионов США в поисках генетических последовательностей, которые кодируют определенные способности к образованию молекул. «Мы надеемся расшириться на другие регионы страны и мира, чтобы включить гораздо больше образцов, чтобы создать карты биосинтетического разнообразия почвенных микробов», — говорит Закари Чарлоп-Пауэрс, постдок лаборатории. «Эти карты могут помочь в открытии лекарств путем выявления вариантов известных бактериальных генов, которые могут быть частью кластера генов, кодирующих новый антибиотик».
Медицина уже в большом долгу перед микробами, особенно бактериями. Эти крошечные организмы произвели или вдохновили на создание многих антибиотиков, от тетрациклина до ванкомицина, а также противораковых препаратов и препаратов, подавляющих иммунную систему, используемых при трансплантации органов. Эти природные бактериальные продукты являются частью системы химической защиты организмов, и эти молекулы исторически выделялись из бульона бактерий, выращиваемых в лаборатории.«Однако генетические данные намекают, что существует еще очень много бактерий, которые мы, возможно, не сможем вырастить», — говорит Брэди. «И они должны быть столь же богатым источником полезных натуральных продуктов.
Мы разрабатываем генетические инструменты, чтобы помочь нам искать новую химию, изучая гены, используемые для синтеза этих натуральных продуктов».В течение последних пяти лет лаборатория Брэди секвенировала и анализировала ДНК, полученную непосредственно из почвы, чтобы идентифицировать потенциально полезные гены, которые затем исследователи трансплантируют в более подходящих для лаборатории насекомых.
Чарлоп-Пауэрс, Брэди и его коллеги недавно опубликовали первый географический обзор, призванный ускорить этот процесс открытия, в Proceedings of the National Academy of Sciences. Для этого исследования они сосредоточились на генах, ответственных за производство двух важных семейств биологически активных молекул: нерибосомных пептидов и поликетидов.
Эти семейства включают большинство терапевтических молекул, выделенных из культивируемых бактерий, но, несмотря на это разнообразие, лежащая в основе генетическая архитектура остается неизменной. В этих семьях повторяющиеся генетические домены генерируют молекулы в виде сборочного конвейера, который эволюция часто переоснащала.В ДНК из 96 образцов почвы, собранных для исследования, исследователи рассмотрели два из этих доменов, чтобы получить представление о разнообразии и богатстве микробов, способных производить соединения этих семейств. Они обнаружили связь между типом почвы и видами молекул, которые ее микробы способны производить. «По непонятным нам причинам засушливые почвы оказались местом обитания микробов, способных производить большее разнообразие соединений», — говорит Чарлоп-Пауэрс.
Для этого предварительного исследования Брэди призвал свою семью прислать образцы из Аризоны и Нью-Мексико; другой постдок в его лаборатории, Джереми Оуэн, собирал почву в Новой Англии.Brady Lab хотела бы расширить это исследование и надеется поощрить гражданских ученых внести свой вклад в его усилия.
Лаборатория создала веб-сайт: www.drugsfromdirt.org, и после регистрации гражданские ученые будут получать информацию о том, как собирать и отправлять образцы. По словам Брэди, процесс прост: «Возьмите пакет для сэндвичей, ложку или шпатель, вылейте в пакет пару ложек и отправьте нам».