В своей естественной среде обитания микроорганизмы часто подвергаются воздействию изменяющихся условий окружающей среды, которые требуют многочисленных реакций выживания. Наиболее эффективным из них является их способность производить широкий спектр натуральных продуктов с различными химическими структурами и функциями.

Бензобактины - мощные, но редкие

Бензоксазолинат - это редкое природное соединение, которое придает натуральным продуктам исключительную биологическую активность. Это, например, неотъемлемая часть лидамицина, противоопухолевого антибиотика, который на сегодняшний день является одним из наиболее цитотоксичных соединений. Причиной такой способности является тот факт, что бензоксазолинат состоит из двух колец, структура, которая позволяет ему взаимодействовать как с белком, так и с ДНК. Однако выслеживание производителей этого редкого вещества в природе напоминает пресловутый поиск иголки в стоге сена.

Чтобы использовать новые фармацевтически ценные природные соединения, такие как антибиотики, средства для подавления опухолей или иммунодепрессанты, необходимо знать ответственные гены или, точнее, их кластеры биосинтетических генов (BGCs). BGCS представляют собой локально сгруппированные группы из двух или более генов, которые вместе кодируют выработку определенного набора ферментов - и, следовательно, соответствующих натуральных продуктов, вырабатываемых этими ферментами.

До сих пор кассета биосинтетического гена бензоксазолината оставалась неуловимой, что препятствовало расширению репертуара биологически активных соединений, содержащих бензоксазолинат. Более конкретно, последняя стадия образования бензоксазолината была неясной. Теперь команда ученых Макса Планка во главе с доктором Йи-Минг Ши и профессором доктором Хельге Боде преуспела в биосинтетической характеристике бензоксазолинатного пути. Во время биосинтеза этот путь, очевидно, "заимствует" промежуточное звено из так называемого феназинового пути, ответственного за производство другого натурального продукта. Самое главное, что исследователи идентифицировали фермент, который отвечает за последнюю стадию - циклизацию до бензоксазолината.

Использование фермента в качестве зонда для определения природных веществ

Аспирант Ян Крамс, соавтор исследования, которое также финансировалось Центром трансляционной геномики биоразнообразия LOEWE (LOEWE TBG) и Европейским исследовательским советом, объясняет: "Зная идентичность фермента, мы использовали его в качестве зонда. С помощью анализа генома мы смогли обнаружить множество тесно связанных путей биосинтеза природных продуктов, содержащих бензоксазолинат, так называемых бензобактинов". По мнению ученых, наиболее поразительным аспектом было широкое распространение этих генов у других бактерий. "Эти пути были обнаружены у таксономически и экологически удивительно разнообразных бактерий, простирающихся от суши до океана, а также у патогенов растений и микробов биоконтроля. Их широкое распространение указывает на то, что эти молекулы оказывают значительное экологическое воздействие на производителей", - указывает Йи-Минг Ши, первый автор исследования.

Профессор Хельге Боде, руководитель отдела "Натуральные продукты в организменных взаимодействиях" в Институте наземной микробиологии Макса Планка в Марбурге, добавляет: "Наши результаты раскрывают огромный биосинтетический потенциал широко распространенного кластера биосинтетических генов для бензобактина. Теперь мы должны выяснить их экологическую функцию и можем ли мы применять их в качестве антибиотиков или других лекарств".

Кристаллизация и структурный анализ ключевого фермента были проведены в сотрудничестве с доктором Лаурой Чех и проф. Герт Банге из SYNMIKRO, Университет Филиппса в Марбурге. Кинетика фермента была проанализирована Николь Пачиа и командой из нашего основного центра метаболомики и масс-спектрометрии малых молекул. Секвенирование генома было проведено профессором. Йорн Калиновски и команда из Билефельдского университета.