Překvapivý objev: Bakterie skrývají „megaklastr“ genů, který produkuje čtyři antibiotika proti rezistentním infekcím

Vědci z McMasterovy univerzity učinili přelomový objev, když v bakteriích rodu Streptomyces identifikovali takzvaný „megaklastr“ genů. Ten produkuje čtyři různé typy antibiotik, které společně působí proti konkurenčním bakteriím.

Vědci z McMasterovy univerzity učinili přelomový objev, když v bakteriích rodu Streptomyces identifikovali takzvaný „megaklastr“ genů. Ten produkuje čtyři různé typy antibiotik, které společně působí proti konkurenčním bakteriím. Tento nález by mohl vést k vývoji účinnějších strategií v řešení narůstající hrozby infekcí odolných vůči lékům.

Nová studie, publikovaná v prestižním časopise Nature, popisuje neobvyklý úsek DNA, který kóduje čtyři odlišné skupiny přírodních antibiotik. Mezi nimi je jedna sloučenina zcela nová pro vědu a další, která dosud nebyla rozpoznána jako antibiotikum. Tyto čtyři molekuly se zaměřují na jedinou zranitelnost bakterií: biotin, esenciální živinu (vitamin B7) nezbytnou pro přežití většiny bakterií, klíčovou pro jejich růst a dělení buněk. Nově charakterizovaná antibiotika narušují produkci, příjem a využití biotinu, což představuje pozoruhodný nový model toho, jak mohou antibiotika spolupracovat.

Profesor Eric Brown z McMasterovy univerzity, hlavní řešitel studie, přirovnává tento koordinovaný přístup k obléhání. „Představte si, že jedna z těchto molekul vyřadí energii, další komunikační infrastrukturu, jiná odřízne vodní systémy a další zablokuje kritické cesty. Je to totální, strategický a koordinovaný útok na konkurenční bakterie.“ Skutečnost, že čtyři odlišné rodiny antibiotik společně útočí na stejnou oblast různými způsoby, je sama o sobě jedinečná. Ještě pozoruhodnější je, že všechny čtyři jsou kódovány geny, které se nacházejí vedle sebe, což je podle Browna „neslýchané“. Tým navíc zjistil, že tyto genové klastry jsou obklopeny dvěma geny pro streptavidin, které bakteriím umožňují vyrábět proteiny vázající biotin. To naznačuje, že jejich uspořádání v genomu Streptomyces není náhodné, ale jde o „velmi záměrný design“.

Studie také odhalila, že tento megaklastr antibiotik zaměřených proti biotinu je široce rozšířen napříč různými druhy Streptomyces, což naznačuje, že strategie se vyvinula dávno a byla zachována po miliony let. Rodion Gordzevich, postdoktorand v Brownově laboratoři, vysvětluje, že analýza ukázala, že tento megaklastr je v genomech Streptomyces ještě rozšířenější než geny zodpovědné za produkci streptomycinu, jednoho z klasických antibiotik objevených v těchto bakteriích ve 40. letech minulého století. Tým profesora Browna testoval nově charakterizované sloučeniny na zvířecích modelech infekce a zjistil, že dvě z nich byly vysoce účinné proti multirezistentní bakterii E. coli, což naznačuje reálný terapeutický potenciál.

Tento objev, který vznikl ve spolupráci s laboratoří profesora Gerryho Wrighta na McMasterově univerzitě, přichází v době, kdy vědci po celém světě naléhavě hledají nové antimikrobiální strategie pro řešení narůstající rezistence vůči lékům. Profesor Brown věří, že koordinovaná strategie, jako je ta, kterou používají Streptomyces, by mohla teoreticky ztížit rozvoj rezistence, protože bakterie by pravděpodobně musely vyvinout několik odlišných mechanismů obrany. Brownova laboratoř se dlouhodobě zajímá o syntézu živin, jako je biotin, jako cíl pro nová antibiotika. Argumentuje, že způsob, jakým jsou bakterie studovány v laboratořích, může maskovat molekuly, jako jsou tyto kandidáti na léky cílené na biotin.