Extragerea ADN-ului microbian fragmentat identifică noi candidați pentru testarea anticancerigenă
Cercetătorii au dezvoltat o strategie practică pentru recuperarea informațiilor biosintetice din date metagenomice fragmentate. Prin această lucrare, au identificat și prioritizat compuși naturali promițători cu potențială activitate antibacteriană sau anticancerigenă. Studiul a fost publicat în revista Microbiology Spectrum.
Microorganismele produc numeroși compuși naturali care au devenit medicamente importante, inclusiv antibiotice și medicamente anticancerigene. „Biosinteza acestor produse naturale este codificată de clustere de gene biosintetice (BGC), grupuri de gene vecine care colaborează pentru a produce un compus specific”, a declarat autorul corespondent al studiului, Lei Zhang, doctor în inginerie farmaceutică și profesor la Universitatea Medicală Jining din China. „Cu toate acestea, majoritatea microorganismelor din mediu nu pot fi încă cultivate în laborator, iar BGC-urile recuperate din ansambluri metagenomice sunt adesea fragmentate pe contiguri, ceea ce îngreunează reconstruirea căilor biosintetice complete și determinarea clusterelor care ar putea produce compuși cu utilitate medicală.”
Clusterele cunoscute ghidează reconstruirea căilor
Pentru a-și dezvolta strategia, cercetătorii au pornit de la clustere de gene biosintetice ale căror produse fuseseră deja caracterizate experimental și le-au folosit ca „hărți” de referință. Au căutat în seturi mari de date metagenomice fragmente de informație biosintetică înrudite. Când aceste fragmente erau dispersate, au folosit clusterele cunoscute ca ghid pentru a reconstrui calea lipsă și a prezice tipurile de molecule pe care le-ar putea produce. Apoi au sintetizat chimic compușii prezisi și le-au testat activitatea biologică.
„Am conectat mineritul computațional al datelor metagenomice cu validarea experimentală”, a spus Zhang.
Șase compuși testați pe linii celulare canceroase
Cercetătorii au constatat că datele metagenomice fragmentate pot conține informații biosintetice valoroase care ar fi ratate dacă fiecare fragment ar fi analizat separat. Folosind clusterele de gene biosintetice cunoscute ca ghid, au reușit să reconstruiască căi candidate și să identifice potențiali produși bioactivi.
„Important este că am depășit predicția computațională. Am sintetizat chimic șase compuși candidați și i-am testat pe șapte linii celulare canceroase. Compușii au arătat modele diferite de activitate citotoxică, compușii D și E având cea mai notabilă activitate și diferențe clare între liniile celulare canceroase”, a declarat Zhang.
Predicțiile necesită confirmare experimentală
Semnificația principală a acestei lucrări este că oferă o rută pentru transformarea BGC-urilor incomplete sau fragmentate în ipoteze testabile despre produse naturale. În loc să trateze BGC-urile parțiale ca inutilizabile, abordarea folosește clustere caracterizate experimental ca ghid pentru reconstrucție și apoi concentrează resursele experimentale pe candidații cu o bază mai solidă pentru studiu ulterior.
În același timp, studiul subliniază că reconstrucția computațională și predicția produselor sunt pași de prioritizare: structurile chimice, activitățile biologice și valoarea terapeutică trebuie stabilite prin experimente adecvate.
„Datele metagenomice fragmentate nu ar trebui tratate pur și simplu ca incomplete sau inutilizabile”, a spus Zhang. „Studiul nostru arată că, folosind căi biosintetice cunoscute ca ghid, putem recupera informații biosintetice ascunse, putem prioritiza candidați promițători de produse naturale și îi putem împinge de la predicția computațională spre testarea experimentală. Aceasta oferă o modalitate practică de a explora potențialul chimic enorm al microorganismelor pe care încă nu le putem cultiva în laborator.”
Zhang a adăugat că o caracteristică centrală a lucrării este integrarea descoperirii computaționale cu validarea experimentală. „Fluxul de lucru identifică candidați pentru reconstrucție, predicția produsului, sinteză chimică și testare biologică, așa cum demonstrează cei șase compuși evaluați pe șapte linii celulare canceroase”, a spus Zhang. „Sunt încă necesare experimente suplimentare pentru a confirma mecanismele biologice, profilurile de activitate și potențialul terapeutic, precum și dacă produșii prezisi sunt produși în mod natural de microorganismele corespunzătoare.”
