はじめに
放線菌は、特徴的な糸状形態と高いG+C DNAを持つ最大の細菌門の一つを構成する遍在するグラム陽性細菌である。 放線菌は、人間の健康に重要な役割を果たす抗生物質のかなりの部分のための最高の供給源とインスピレーションとして認識されています。 最も顕著な事実は、これらの糸状細菌は、生合成遺伝子クラスターの富と進化し、それによって生産生物学的に活性な天然産物の足場で前例のない可能 しかし、最後の二十年は、離れて微生物天然産物の発見の努力から製薬巨人による動きを見ており、そのような努力は有望な結果を持つ研究機関で繁栄し続けています。 学術研究機関の継続的な研究努力は、ポストゲノム技術革新と、天然物の研究を活性化し、微生物天然物の研究にチューニングするための世界的な研究者にクラリオンコールを構成します。
古典的な放線菌研究
公共の福祉の生物活性代謝産物の狩猟に焦点を当てた放線菌研究の約76年を振り返ると、5000以上の化合物が報告されており、臨床的または研究的ニーズのいずれかに使用されている市販の抗生物質の90％の開発に貢献している。 この長いコースでは、放線菌の研究は、単離および活性スクリーニングから現代のポストゲノム二次代謝産物の研究にいくつかの側面を進化させました（図1）。 1940年代のSelman Waksman and associatesによるストレプトマイシンの最初の報告とその後の医薬品としての開発は、製薬会社や研究者が微生物天然物の研究に大規模な努力 その努力は、多様な環境試料からの微生物の回収、および所望の生物活性のスクリーニングに大きく依存していた。 このアプローチは、ストレプトマイシン、バンコマイシン、リファマイシンなどを含むいくつかの救命抗生物質の商業化によって証明される抗生物質発見の黄金時代（1950年-1970年）をもたらした（Mahajan and Balachandran、2012）。 その後の数十年間で、既知の化合物の再発見と、新しい化合物の精製および構造解明に関連する技術的課題は、古典的な努力を大きく低下させた（Bérdy、2012）。 微生物天然物研究の減少の証拠にもかかわらず、以前に未踏のソースからの潜在的な放線菌のサンプリングと取得の継続的な革新は、いくつかの学術研究グループによって継続されており、長期放線菌研究の基本的な事項である既知の化合物の再発見と多様な放線菌の利用可能性の増大のリスクを軽減しています。
図1. 76年以上にわたって放線菌からの抗生物質の発見に焦点を当てた研究開発のグラフィカルな要約。 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). 古典的な放線菌の研究は、単離と活性スクリーニングアプローチによって駆動されました。 一方、現代の放線菌の研究は、古典的なアプローチに関連して、遺伝学、ゲノミクス、メタゲノミクス、ゲノムマイニングと編集と高解像度のメタボロミクスのブレークスルーの配列によって駆動されます。
進行中
進行は、(1)放線菌分離株の単離と逆複製、(2)新規化合物の予測と同定、(3)潜在的な化合物の産生力価の向上、(4)ゲノム情報と関連する生合成ポテンシャルの解明、(5)ゲノムデータの収集と処理、(6)不可解な遺伝子クラスターのマイニング、編集、異種発現、(7)）遺伝学、ゲノミクスのような主要な区域の広いスペクトルの下の広範囲の新陳代謝の側面図を描くこと、 メタボロミクス
放線菌資源の確立は、培養依存性天然物研究の基本的な要件の一つです。 これに対処するために、研究者は未踏の放線菌の生物多様性を多様な環境でどのように育成するかを学んでおり、そのような努力は、海洋堆積物から数多くの新規放線菌の栽培につながっている(Becerril-Espinosa et al. ら、２ ０ １ ３）、熱水噴出孔（Ｔｈｏｒｎｂｕｒｇ ｅ ｔ ａ ｌ． 2010）、太陽salterns（JoseとJebakumar、2013）、砂漠の土壌（MohammadipanahとWink、2016）、赤い土壌（Guo et al。 ら、２ ０ １ ５）、ｓｐｏｎｇｅｓ（Ｓｕｎ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ １ ５）、昆虫（Ｍａｔｓｕｉ ｅ ｔ ａ ｌ． 2012年、Kurtböke et al. ら、２ ０ １ ５）、および植物（Ｍａｓａｎｄ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2015). 一方、単離された株の重複排除は、遺伝子特異的ならびに代謝フィンガープリンティングアプローチによる新しいピッチを達成している（Hou et al. ら、２ ０ １ ２；Ｆｏｒｎｅｒ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2013). 集合的に、単離および逆複製における米国の成功は、新規化合物を産生する生合成能力を有する細胞工場であり得る単離株の優先順位付けを容易にする。 このようなアプローチの一つは、64の異なる放線菌を12の異なる海洋スポンジ種から単離し、抗トリパノソーム活性だけでなく、メタボロムプロファイルと未確認の天然産物の豊かさの一意性を示した二つのユニークな株を優先させるために実施されている（Cheng et al., 2015).
低生産力価を有するものを含む放線菌からの新規化合物の予測と同定は、高分解能液体クロマトグラフィー-質量分析（HR-LC-MS）および同盟データベース検索（Tawfike et al. ら、２ ０ １ ３；Ｄｏｒｏｇｈａｚｉ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ １ ４；Ｗｕ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2016). 最近、Ｗｕ ｅ ｔ ａ ｌ． (2016)は、微生物の生体内変換を合理化し、抗生物質産生のための放線菌の最良の収穫時期を決定するために、NMRベースの代謝プロファイリング方法の採用性を実証することができました。 また、遺伝子レベルの理解と生産株の組換えにおける技術的なブレークスルーは、微生物発酵による構造的に複雑な天然産物の生産力価を改善するた, 2016).
放線菌における二次代謝産物産生の生物学を遺伝学を通じて探求することは、私たちの現在の知識に最も重要なシェアを提供してきました。 1990年代を通じて放線菌、特にストレプトマイセスにおける二次代謝産物の生合成の遺伝学と酵素学の理解の劇的かつ持続的な増加はまた、この立派な細菌群における天然物の検索の耐久性を促進している。 注目すべき基盤として、S.coelicolor A3(2)は放線菌のモデルとして遺伝的に認識されており、全ゲノムはin vivoおよびin vitro遺伝学で汎用性があると発表された(Bentley et al., 2002). Sのゲノム解析 coelicolor A3(2)は、以前に特徴づけられていない遺伝子クラスター、代謝酵素、天然物の生産に関与する可能性が特にそれらの豊富さを明らかにしました。 最新の成果として、海洋放線菌属Salinisporaは、天然産物研究のための堅牢なモデル生物として確立されている（Jensen et al., 2015). それは17の多様な生合成経路を有する顕著な生合成能力を有し、そのうちの4つだけがそれぞれの生成物にリンクされていた。
放線菌の培養および未培養のゲノム情報が速やかに更新されています。 放線菌のゲノムは2016年3月時点で1304件以上報告されており、分子遺伝学や次世代ゲノム解析の出現により、近い将来には迅速な提出が期待されています。 放線菌のゲノムの分析は、多数の「不可解な」または「孤児」の生合成遺伝子クラスターが、十分な数の新規で構造的に多様な天然産物の産生を指示する可能性があることを明らかにした(Challis,2014;Gomez-Escribano et al., 2016). その後、放線菌ゲノムの採掘は、進行中の創薬の努力に新しい方向性をスケッチしています。 そのようなアプローチの1つは、新規ホスホン酸のために10,000個の放線菌のコレクションを採掘することであり、他のクラスの天然産物の迅速で大規模な発見のための興味深い基礎を築いた（Ju et al., 2015).
放線菌のバルクゲノムデータの処理における天然産物遺伝子クラスター同定および機能予測に特に特異的なバイオインフォマティクス法の改善（Alam et al. ら、２ ０ １ １；Ｄｏｒｏｇｈａｚｉ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2014; Abdelmohsen et al., 2015). しかし、抗生物質産生の生物学および生態学への十分な洞察は、サイレント遺伝子クラスターを活性化するために必要な正確な引き金および手掛りを ることを示した。
大きなブレークスルーとして、定期的にInterspaced Short Palindromic Repeats(CRISPRs)/Cas9をクラスター化したRNAガイドDNA編集技術の出現は、放線菌の生合成遺伝子クラスターにおけるゲノムモディフィケーションへの応用を実質的に約束している(Huang et al., 2015). 明らかに、この分子ツールは、所望の天然産物の生合成のための異種産生宿主への非モデル天然宿主の工学において使用することができる。 工学微生物宿主における継続的な技術的および概念的な進歩は、自然の非常に多様な化学レパートリーを完全に探求し、利用する機会を開くであろう（Zhang et al., 2016).
将来の展望
放線菌は、数十年にわたってバイオ医薬品、特に抗生物質の主要な供給源として認識されています。 私たちの宇宙は、放線菌の新規メンバーの単離のために考慮することができる多様な未踏とunderexplored環境が豊富です。 これは、現在の研究が再配向する新規生合成遺伝子クラスターと天然産物の足場の連続供給と私たちの放線菌リポジトリを修正することができます。 ゲノミクスとメタボロミクスの継続的な進歩は、次世代の天然産物の研究を確保し、薬学的に価値のある化合物の発見のための重要な資産を表す放線菌の開発に関するより広い機会をアンラップします。 技術的および概念的な進歩は、放線菌から”所望の天然物の検索”から”所望の製品の設計”への移行を駆動します。 この記事を通じて、放線菌の研究が一時的に減少しているにもかかわらず、新しい道が開かれており、世界中の研究者の積極的な注目を集めていることが実証されています。 天然資源に恵まれたこれらの国は、増加する微生物抵抗性および感染症を克服するために産業的意義の新規抗生物質の発明を拡張するための微生物天然物研究、特に放線菌研究に資金を提供すると考えることができる。
著者の貢献
リストされているすべての著者は、作品に実質的、直接的、知的な貢献をし、出版を承認しました。
資金調達
インド政府科学産業研究評議会（CSIR;http://www.csir.res.in/）、プロジェクトリファレンス: ＢＳＣ０ １ ０ ６−ＢｉｏｐｒｏｓｐｒおよびＨＲＤＧ／ＣＳＩＲ−Ｎｅｈｒｕ ＰＤＦ ＬＳ／ＥＭＲ−ｉ／０ １／２ ０ １ ５．
利益相反声明
著者らは、この研究は潜在的な利益相反と解釈される可能性のある商業的または財政的関係がない場合に行われたと宣言している。
謝辞
CSIR-CSMCRI通信No.:068/2016. 科学産業研究評議会（CSIR;www.csir.res.in）、インド政府（BSC0106-BioprosPR）は感謝して認められています。 CSIRは、放線菌とその二次代謝に関する彼の研究へのCSIR-Nehruポスドク研究フェローシップ（HRDG/CSIR-Nehru PDF LS/EMR-I/01/2015）を通じての資金調達のためにPJによってさらに認
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