Учимся у природы: биосинтез цианобактерина открывает новый класс природных соединений для применения в медицине и сельском хозяйстве

Исследователям в группах профессора Тобиаса Гулдера из Технического университета Дрездена и профессора Тани Гульдер из Лейпцигского университета удалось понять биосинтетические механизмы производства природного продукта цианона, который в природе производится в небольших количествах цианобактериями Scytonema hofmanni. В процессе они также открыли новый класс ферментов для создания углерод-углеродных связей. Таким образом, (био)химики значительно расширяют биокаталитический репертуар, известный в настоящее время в природе, и открывают новые, устойчивые биотехнологические применения в медицине и сельском хозяйстве. Результаты сотрудничества опубликованы в журнале Химическая биология природы.



О том, что Природа прекрасный химик, свидетельствует обилие молекул, так называемых натуральных продуктов, которые она производит биосинтетически. Эти натуральные продукты также имеют центральное значение для нас, людей. Они по-разному используются в нашей повседневной жизни, особенно в качестве активных агентов в медицине и сельском хозяйстве. Яркими примерами являются антибиотики, такие как пеницилины, выделенные из плесени, противораковые препараты. таксол из тихоокеанского тиса и пиретрины, содержащиеся в хризантемах, которые используются для борьбы с нашествием вредителей. Знание и понимание биосинтетической сборки таких соединений природой необходимо для разработки и производства лекарств на основе таких соединений. В этом контексте исследователи из групп профессора Тобиаса Гулдера (Технический университет Дрездена) и профессора Тани Гульдер (Лейпцигский университет) совместно исследовали био цианобактерина, который является высокотоксичным для фотосинтезирующих организмов и в небольших количествах вырабатывается в природе цианобактерия Сцитонема Гофманни. В своей работе (био)химики смогли не только впервые объяснить биосинтез природного продукта, но также открыли новое ферментативное превращение для образования углерод-углеродных связей.

Эта работа стала возможной благодаря объединению современных инструментов биоинформатики, синтетической биологии, энзимологии и (био)химической аналитики. Основное внимание уделялось тому, как образуется центральная часть углеродного скелета цианобактерина. Предполагаемые гены для этого были сначала клонированы методом «клонирования прямого пути» (DiPaC), а затем активированы в модельном организме. кишечная палочка как клеточная фабрика. DiPaC — это новый метод синтетической биологии, ранее разработанный в лаборатории Тобиаса Гулдера, профессора технической биохимии Технического университета Дрездена. «DiPaC позволяет нам очень быстро и эффективно переносить все пути биосинтеза натуральных продуктов в рекомбинантные системы-хозяева», — объясняет Тобиас Гулдер. На следующем этапе исследовательская группа проанализировала основные отдельные этапы биосинтеза цианобактерина, дополнительно производя все ключевые ферменты в организме хозяина. кишечная палочка, выделяя их, а затем исследуя функцию каждого фермента. В процессе они наткнулись на ранее неизвестный класс ферментов, названных фуранолидсинтазы. Они способны катализировать образование углерод-углеродных связей по необычному механизму. В дальнейших исследованиях этих фуранолидсинтазыэти ферменты оказались эффективными в пробирке биокатализаторы, что делает их очень привлекательными для биотехнологических приложений.

«С фуранолидсинтазымы получили ферментативный инструмент, который позволит нам в будущем разработать более экологически безопасные методы производства биоактивных соединений и, таким образом, внести значительный вклад в более устойчивую химию», — объясняет профессор Таня Гулдер из Института органической химии в Лейпцигский университет Затем две исследовательские группы хотят специально искать эти новые биокатализаторы и в других организмах и, таким образом, находить новых биологически активных представителей этого класса натуральных продуктов, а также разрабатывать методы биотехнологического производства и структурной диверсификации цианобактерина. «Наша работа прокладывает путь к всесторонней разработке захватывающего класса натуральных продуктов для применения в медицине и сельском хозяйстве», — соглашаются два ученых.