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研究人员使用直接克隆方法捕获新型微生物天然产物

微生物拥有天然产物生物合成基因簇(BGC),它们可能具有独特的生物活性,可用于药物开发和农业应用。但是,许多未鉴定的微生物BGC仍然无法获得。伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员先前演示了一种利用转录因子诱饵激活细菌中大型沉默BGC的技术,以帮助发现天然产物。

现在,他们已经开发出一种直接克隆方法,旨在加速大规模发现新型天然产物。他们的发现发表在《自然通讯》杂志上。

使用体内Cre-lox重组(CAPTURE)命名为Cas12a辅助精确靶向克隆,该方法可直接克隆大型基因组片段,包括具有高GC含量或重复序列的片段。如果现有的直接克隆方法无法有效地克隆这种性质的天然产物BGC,则CAPTURE表现出色。

研究负责人兼化学与生物分子工程学教授史蒂芬·L·米勒说:“利用捕获技术,微生物天然产物BGC可以直接克隆并以前所未有的速度异源表达。”伊利诺伊州的基因组生物学。“因此,CAPTURE允许从各种生物中大规模克隆天然产物BGC,这可以导致发现许多新颖的天然产物。”

研究人员首先通过从放线菌和芽孢杆菌中克隆了47种天然产物BGC来表征CAPTURE的效率和耐用性。在展示了近100%的CAPTURE效率后,研究人员克隆了来自14个链霉菌和3个芽孢杆菌属物种的43种未经鉴定的天然产物BGC,并进行了异源表达。纯化得到的化合物,并将其确定为15种新颖的天然产物,其中包括6种史无前例的化合物,称为双戊霉素。两种双喷霉素对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌,耐万古霉素的肠球菌和炭疽芽孢杆菌均表现出抗菌活性。

“要解决当前的抗生素耐药性危机,需要发现能够治疗耐药性感染的新型分子,”赵说。“发现双戊霉素不仅证明了发现新型抗微生物药的可能性,而且还提供了一个例子,说明如何将该策略用于发现独特的生物活性化合物以用于药物开发和农业应用。”

研究人员计划下一步表征这些化合物的其他生物活性,例如抗癌,抗寄生虫和抗癌特性。初步结果已经显示出某些化合物的抗癌特性。

“由于其出色的鲁棒性和效率,CAPTURE可能成为直接克隆大DNA分子的选择方法,例如从基因组或宏基因组DNA直接克隆天然DNA的BGC,用于各种基础和应用生物学应用,”赵说。

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