Hranic, v Mikrobiologii

Úvod

Aktinomycety jsou všudypřítomné Gram-pozitivní bakterie, které představují jeden z největších bakteriálních kmenů s charakteristikou vláknité morfologie a vysoké G+C v DNA. Aktinomycety byly uznány jako přední zdroj a inspirace pro podstatnou část antibiotik, která hrají důležitou roli v lidském zdraví. Nejvýraznějším faktem je, že tyto vláknité bakterie se vyvinuly s bohatstvím biosyntetických genových shluků a vykazují tak bezprecedentní potenciál ve výrobě biologicky aktivních přírodních produktových lešení. V posledních dvou desetiletích však došlo k odklonu farmaceutických gigantů od úsilí o objev mikrobiálních přírodních produktů a takové úsilí nadále vzkvétá ve výzkumných ústavech se slibnými výsledky. Pokračující úsilí v oblasti výzkumu, akademických výzkumných institucí, s post-genomické technologické inovace, omladit přírodní produkt, výzkum a skládat clarion volání po celém světě vědci pro ladění do mikrobiální přírodní produkty výzkumu.

Klasické Aktinomycet Výzkum

Pokud se podíváme zpět na asi 76 let, z aktinomycet výzkum, který se zaměřil na lov bioaktivních metabolitů veřejné blaho, více než 5000 sloučenin, které byly hlášeny a přispěl k rozvoji 90% komerčních antibiotik používá buď pro klinické nebo výzkumné potřeby. V tomto dlouhodobém kurzu, aktinomycet výzkumu vyvinul několik aspektů z izolace a aktivity screening moderní post-genomické sekundárních metabolitů výzkumu (Obrázek 1). První zpráva streptomycinu podle Selman Waksman a spolupracovníků v letech 1940 a následný vývoj jako lék doporučuje farmaceutické společnosti a výzkumníci dát své rozsáhlé úsilí na mikrobiální přírodní produkty výzkumu (Demain a Sanchez, 2009). Úsilí bylo do značné míry závislé na obnově mikroorganismů z různých vzorků prostředí, a screening požadované bioaktivity. Přístup přinesl zlaté éry (1950-1970) antibiotické objev svědčí komercializace několik záchraně života, včetně antibiotik streptomycin, vankomycin, rifamycin, a tak dále (Mahajan a Balachandran, 2012). V následujících desetiletích, znovuobjevení známých sloučenin a technické problémy spojené s čištěním a objasnění struktury nových sloučenin do značné míry odmítl klasický úsilí (Bérdy, 2012). Navzdory důkazům o poklesu mikrobiální přírodní produkty výzkumu, pokračující inovace v odběru vzorků a akvizice potenciálních aktinomycet z dříve neprozkoumané zdroje jsou i nadále o několik akademických výzkumných skupin a zmírnění rizika znovuobjevení známých sloučenin a rozšířené dostupnosti různých aktinomycety, které jsou zásadní záležitosti dlouhodobé aktinomycet výzkumu.

OBRÁZEK 1. Grafické shrnutí výzkumu a vývoje zaměřeného na objev antibiotik z aktinomycetů v průběhu 76 let. Hunting of antibiotics from actinomycetes has emanated with the discovery of actinomycin in 1940 (a) and lined up with several commercially important antibiotics and their derivatives: streptomycin (a), cephalosporins (b), Chloramphenicol (c), neomycin (d), tetracycline (e), nystatin (f), virginiamycin (g), erythromycin (h), lincomycin (i), vancomycin (j), noviobiocin (k), rifamycin (l), kanamycin (m), nalidixic acid (n), fusidic acid (o), gentamicin (p), trimethoprim (q), fostomycin (r), ribostamycin (s), mupiriocin (t), linezolid (u), daptomycin (v), and platensimycin (w). Klasický výzkum aktinomycetů byl řízen přístupem k izolaci a screeningu aktivity. Zatímco moderní výzkum aktinomycetů je poháněn řadou průlomů v genetice, genomika, metagenomika, těžba a editace genomu a metabolomika s vysokým rozlišením, ve spojení s klasickým přístupem.

V průběhu

Pokrok je zásadní v několika aspektech aktinomycet výzkum, který zahrnuje (1) izolace a dereplication of actinomycete izolátů, (2) predikce a identifikace nových sloučenin, (3) zvýšení produkce titry potenciální sloučeniny, (4) odhalení genomu informace a související biosyntetický potenciál, (5) sběr a zpracování genomických dat, (6) těžba, úpravy a heterologní exprese záhadné genové shluky, a (7) komplexní metabolické profilování, pod široké spektrum hlavních oblastí, jako je genetika, genomika a metabolomika.

stanovení zdrojů aktinomycete je jedním ze základních požadavků na výzkum přírodních produktů závislých na kultuře. Pro řešení tohoto, vědci se učí, jak pěstovat neprozkoumané actinomycete biologické rozmanitosti v různých prostředích a tyto snahy vedly k pěstování mnoha román aktinomycet z mořských sedimentů (Becerril-Espinosa et al., 2013), hydrotermální průduchy (Thornburg et al., 2010), sluneční salterns (Jose a Jebakumar, 2013), pouštní půdy (Mohammadipanah a Wink, 2016), červené půdy (Guo et al., 2015), houby (Sun et al., 2015), hmyz (Matsui et al., 2012; Kurtböke a kol., 2015) a rostliny (Masand et al., 2015). Na druhé straně dereplikace izolovaných kmenů dosáhla nového hřiště s přístupy specifickými pro gen a metabolickými otisky prstů (Hou et al ., 2012; Forner a kol., 2013). Společně, sjednocený úspěch v izolaci a dereplikaci usnadňuje prioritizaci izolátů, které by mohly být buněčnými továrnami s vrozenou biosyntetickou schopností produkovat nové sloučeniny. Jeden takový přístup, byla praktikována izolovat 64 výrazný aktinomycet z 12 různých mořských houba druhů, a upřednostnit dva unikátní kmeny, které ukázaly, anti-trypanosomal činnosti, stejně jako jedinečnost v metabolomic profil a bohatství neznámých přírodních produktů (Cheng et al., 2015).

Predikce a identifikace nových sloučenin, z aktinomycet, včetně těch s nízkými výrobními titry se staly poměrně rovně vpřed, a to prostřednictvím příchodem vysokým rozlišením kapalinová chromatografie-hmotnostní spektrometrie (HR-LC-MS) a spojenecké databáze hledání (Tawfike et al., 2013; Doroghazi a kol., 2014; Wu a kol., 2016). Nedávno, Wu a kol. (2016) se podařilo prokázat, zaměstnatelnost NMR založené na metabolické profilování metody, jak zefektivnit mikrobiální biotransformace a určit nejlepší dobu sklizně z aktinomycet na antibiotika výroby. Technické průlomy také v porozumění genové úrovni a rekombinování producentských kmenů poskytují atraktivní volbu pro zlepšení výrobních titrů strukturálně složitých přírodních produktů mikrobiální fermentací (Zhang et al ., 2016).

zkoumání biologie produkce sekundárních metabolitů v aktinomycetech prostřednictvím genetiky poskytlo přední podíl na našich současných znalostech. Dramatický a trvalý růst v pochopení genetiky a enzymologie sekundárních metabolitů biosyntéza v aktinomycet, zejména Streptomyces po roce 1990 rovněž umožnily vytrvalost přírodní produkt, vyhledávání v této obdivuhodné bakteriální skupiny. Jako pozoruhodné, nadace, S. coelicolor A3(2) má geneticky byla uznána jako model pro aktinomycet, a celý genom byl oznámen s univerzální in vivo a in vitro genetika (Bentley et al., 2002). Analýza genomu s. coelicolor A3 (2) odhalil množství dříve necharakterizovaných genových shluků, metabolických enzymů, zejména těch, které se pravděpodobně podílejí na výrobě přírodních produktů. Jako poslední úspěch, mořské actinomycete rodu Salinispora byla stanovena jako robustní modelový organismus pro přírodní produkt výzkumu (Jensen et al., 2015). To má pozoruhodné biosyntetické kapacity s 17 různorodé biosyntetické dráhy, z nichž pouze čtyři byly spojeny s jejich produkty.

informace o genomu kultivovaných a nekulturních aktinomycetů jsou okamžitě aktualizovány. Více než 1304 aktinomycety genomu byly hlášeny jako v březnu 2016 a s příchodem molekulární genetiky a příští generace genomu analýzy rychlé podání se očekává v blízké budoucnosti. Analýzy genomů aktinomycet odhalily, že mnoho „mystický“ nebo „osiřelých“ biosyntetické genové shluky, které mají potenciál přímé produkce dostatečný počet nových, strukturálně rozmanité přírodní produkty (Challis, 2014; Gomez-Escribano et al., 2016). Následně, těžba genomu aktinomycetů načrtla nové směry v probíhajícím úsilí o objevování drog. Jeden takový přístup byl pro moje sbírka 10.000 aktinomycet pro román fosfonové kyseliny, a položili zajímavý základ pro rychlé, large-scale discovery jiných tříd přírodních produktů (Ju et al., 2015).

Zlepšení v bioinformatika metody, zejména specifické pro přírodní produkt genů, identifikace a funkční predikce pomůcky při zpracování hromadné genomických dat z aktinomycet (Alam et al., 2011; Doroghazi a kol., 2014; Abdelmohsen et al., 2015). K pochopení přesných spouštěčů a podnětů potřebných k aktivaci tichých genových shluků je však zapotřebí dostatečných poznatků o biologii a ekologii produkce antibiotik (Abdelmohsen et al., 2015; Kolter a van Wezel, 2016).

Jako velký průlom, nástup RNA-řízená DNA technologie úpravy Seskupený Pravidelně Nahuštěny Krátké Opakování Palindromické (CRISPRs)/Cas9 podstatně sliby pro aplikaci na genom, změna v biosyntetické genové shluky aktinomycet (Huang et al., 2015). Je zřejmé, že tento molekulární nástroj může být použit v inženýrství non-nativní model hostí na heterologní produkce hostitelé pro biosyntézu požadovaný přírodní produkty. Pokračující technologický a koncepční pokrok ve strojírenství mikrobiální hostitelé otevřou příležitosti k plnému prozkoumání a využití nesmírně rozmanitého chemického repertoáru přírody (Zhang et al ., 2016).

budoucí perspektivy

aktinomycety byly uznány jako přední zdroj biofarmak, zejména antibiotik během několika desetiletí. Náš vesmír je bohatý na rozmanité neprozkoumané a nedostatečně prozkoumané prostředí, která by mohla být považována za izolaci nových členů aktinomycet. To by mohlo změnit naše aktinomycet úložiště s nepřetržitou dodávku nových biosyntetických genových klastrů a přírodní produkt lešení, na které se současný výzkum přeorientovat na. Pokračující pokroky v oblasti genomiky a metabolomika rezervovat příští generace přírodní produkty výzkumu a rozbalit širší možnosti na využívání aktinomycet, které představují důležitý přínos pro objevení farmaceuticky cenných látek. Technologický a koncepční pokrok povede k přechodu“ hledání požadovaných přírodních produktů „na“ navrhování požadovaných produktů “ z aktinomycetů. Prostřednictvím tohoto článku je prokázáno, že navzdory prozatímnímu poklesu výzkumu aktinomycetů jsou nyní otevřeny nové cesty a hledají aktivní pozornost vědců po celém světě. Tyto země dobře obdařen přírodních zdrojů považuje za fond mikrobiální přírodní produkty výzkumu zejména aktinomycet výzkumu pro rozšíření vynálezy nových antibiotik průmyslových význam pro triumph vzrůstající rezistence mikrobů a infekčních nemocí.

Autor Příspěvků

Všech uvedených autorů, provedli podstatné, přímé a intelektuální příspěvek k práci, a to schválil ke zveřejnění.

financování

Rada vědeckého a průmyslového výzkumu (CSIR; http://www.csir.res.in/), vláda Indie; reference projektu: BSC0106-BioprosPR, a HRDG/CSIR-Nehru PDF LS / EMR-I / 01 / 2015.

Střet Zájmů Prohlášení

autoři prohlašují, že výzkum byl prováděn v nepřítomnosti jakékoli obchodní nebo finanční vztahy, které by mohlo být chápáno jako potenciální konflikt zájmů.

potvrzení

CSIR-CSMCRI komunikační číslo.: PRIS-068/2016. Rada vědeckého a průmyslového výzkumu (CSIR; www.csir.res.in), vláda Indie (BSC0106-BioprosPR) je vděčně uznána. CSIR je dále potvrzena PJ pro financování prostřednictvím CSIR-Nehru Postdoctoral Research Fellowship (HRDG/CSIR-Nehru PDF LS/EMR-I/01/2015), jeho výzkum na aktinomycet a jejich sekundárních metabolitů.