Недавно выявленный биосинтетический путь превращает биологически инертный пептид в структурно сложные антибиотики, которые они называют энтеропептинами. Энтеропептины представляют собой класс природных пептидных продуктов, синтезируемых рибосомами, называемых RiPPs.

Основная структура этих продуктов синтезируется рибосомой, которая ограничена 20 каноническими аминокислотами. Лаборатория Мо обнаружила и охарактеризовала новые металлоэнзимы, способные превращать аргинин, каноническую аминокислоту, в N- метилорнитин, неканоническая аминокислота, входящая в состав энтеропептина.

Это первое сообщение о натуральном продукте RiPP, содержащем эту необычную аминокислоту. Открытие было сделано лабораторией профессора Мохаммада Сейедсайамдоста.

Статья лаборатории "Открытие, основанное на биосинтезе, раскрывает энтеропептины как альтернативные сактипептиды, содержащие N- метилорнитин", была опубликована в прошлом месяце в Природная химия.

Кензи Кларк, первый автор статьи и бывший аспирант Лаборатории Мо, рассказала об основных открытиях.

"Принцип работы этого пути заключается в том, что рибосома вырабатывает пептид-предшественник, на который затем воздействуют металлоэнзимы, кодируемые в том же кластере генов", - сказал Кларк. "Ряд металлоэнзимов - в данном случае их было три - превращают аргинин в N- метилорнитин поэтапно для получения энтеропептина.

"Интересно то, что пептид сам по себе не проявляет никакой биологической активности. Но как только вы добавляете эти модификации, она становится активной биомолекулой, которая эффективно подавляет рост продуцирующего штамма ".

Бретт Ковингтон, постдокторский исследователь в лаборатории и соавтор статьи, прокомментировал это открытие.

"Это тенденция, которую мы наблюдаем со многими из этих продуктов RiPP, которые мы обнаружили: они обладают очень узким спектром активности и имеют тенденцию подавлять рост организма, который производит соединение", - сказал он. "Так было в случае с энтеропептином. Это действительно только тормозило Энтерококк это дало энтеропептин. Почему эти Энтерококки создание антибиотического пептида для подавления их собственного роста - это вопрос, которым мы занимаемся. Вероятно, они участвуют в создании более непокорной бактериальной популяции".

Работа с генными кластерами

Исследование четко вписывается в миссию Лаборатории Мо, которая стремится открыть новые бактериальные натуральные продукты и понять, как эти продукты биосинтезируются.

Еще в 2018 году Лаборатория Мо опубликовала статью в Журнал Американского химического общества (JACS), в котором они использовали биоинформатику, чтобы выявить 600 кластеров генов RiPP у стрептококков, которые используют ферменты радикального S-аденозилметионина (rSAM), одно из крупнейших известных в природе семейств ферментов. Хотя это огромная группа, насчитывающая более 500 000 членов и встречающаяся во всех трех царствах жизни, большинство из этих ферментов изучены недостаточно хорошо.

Лаборатория сгруппировала свои 600 недавно обнаруженных кластеров генов RiPP в 16 подсемейств на основе сходных пептидных последовательностей-предшественников. Они начали работать с этими семействами в лаборатории, попутно открывая новые реакции и интересную химию.

"Это новый подход к открытию натуральных продуктов, заключающийся в том, что вы начинаете с кластера биосинтетических генов, а затем проводите углубленный анализ реакции каждого фермента, чтобы понять все различные происходящие преобразования", - сказал Ковингтон. "Затем мы ищем у бактерии-хозяина зрелый продукт, который включает в себя все эти различные ферментативные превращения. Это уникальный подход".

До сих пор они работали только с кластерами, которые кодируют один металлоэнзим. Эта последняя работа нацелена на многоступенчатые пути с более сложной химической структурой, которые имеют не только одну интересную реакцию, но и три, катализируемые тремя различными классами металлоэнзимов. Два из них зависят от железа, а один - от марганца.

"Один из этих металлоенимов образует очень реакционноспособный промежуточный продукт, который способен проводить действительно сложные химические реакции, например, образование углерод-углеродных связей в неактивированных углеродных центрах", - сказал Кларк. "Многие структуры, которые они генерируют, были бы очень сложными для химиков-синтетиков.

"Но что также интересно, так это третий фермент в этом пути. Он не был помечен как известное семейство ферментов. В итоге он использовал кластер из четырех железо-четырех сер и кофактор SAM для N- метилирование орнитина, новая и действительно интересная реакция модификации."

Ковингтон добавил: "Это одна из вещей, которые мне больше всего нравятся в работе здесь, в лаборатории Мо, - острые ощущения, которые вы испытываете, когда наконец открываете один из этих продуктов. Вся работа выполняется на стенде, чтобы понять реакцию в пробирке, и тогда действительно приятно, когда вы видите, что она совпадает с тем, что происходит внутри реальных бактерий ".