Forskningsfremskridt inden for udvinding af aktive sekundære metabolitter fra Streptomyces ved hjælp af genklynger med ikke-rettet aktiveringssløring
Mikrobielle sekundære metabolitter er en klasse af strukturelt forskellige, funktionelt komplekse og biologisk aktive stoffer, som spiller en vigtig rolle i forskning og udvikling af lægemidler. På nuværende tidspunkt er der identificeret ca. 300.000 forbindelser fra mikroorganismer, hvoraf over 60% af antibiotika stammer fra Streptomyces. Men med isoleringen af et stort antal sekundære metabolitter er sandsynligheden for at opdage antibiotika med betydelig biologisk aktivitet og nye strukturer fra Streptomyces faldende. I de senere år, med den udbredte anvendelse af genomsekventeringsteknologi i mikrobiel sekventering, er en stor mængde Streptomyces-genomoplysninger blevet offentliggjort. Gennem bioinformatisk analyse af Streptomyces-genomdata blev det konstateret, at en stor del af generne stadig er i en tavs tilstand, hvilket indikerer, at der stadig er et stort antal potentielle sekundære metabolitter, som ikke er blevet opdaget. På grund af konventionelle dyrkningsforhold er de biosyntetiske genklynger i Streptomyces ikke blevet effektivt aktiveret, hvilket resulterer i, at deres unikke metaboliske veje ofte udtrykkes mindre eller slet ikke. Derfor er det af stor betydning at udforske nye aktive sekundære metabolitter ved at aktivere den tavse genklynge i Streptomyces.
For at aktivere udtrykket af dæmpende gener i Streptomyces og opdage mere aktive sekundære metabolitter er der indtil videre blevet udviklet og anvendt forskellige metoder til at aktivere dæmpende genklynger. De almindeligt anvendte strategier kan inddeles i to kategorier: Den ene er ikke-rettet aktiveringsstrategi, som får Streptomyces til at producere forskellige metabolitter ved at ændre sammensætningen af kulturmediet (kulstofkilde, kvælstofkilde, sporstoffer, kemiske aktivatorer), stammens vækstmiljø (temperatur, pH, beluftning, beholdertype) eller mikrobiel samkultur; En anden type er målrettet aktiveringsstrategi, som bruger genredigeringsteknologi (CRISPR-Cas9), målrettet aktivering af specifikke genklynger (promoter engineering, pathway specific regulatory factor activation, heterologous expression) og andre midler til at muliggøre ekspression af dæmpede gener i Streptomyces. Sammenlignet med målrettede aktiveringsstrategier kræver ikke-målrettede aktiveringsstrategier ikke etablering af et genetisk manipulationssystem for målstammen, og de har således fordelene ved enkel betjening og evnen til samtidig at aktivere flere biosyntetiske genklynger (i stedet for en specifik biosyntetisk genklynge), hvilket gør dem mere bredt anvendelige. Denne artikel giver et kort overblik over ikke-rettede aktiveringsstrategier for silencing-gener i Streptomyces, såsom ændring af sammensætningen af kulturmediet eller kulturbetingelserne, samkulturstrategier, tilsætning af kemiske aktivatorer og global regulering (se figur 1), og beskriver de problemer, man står over for, og de fremtidige udviklingsmuligheder inden for dette område.

Opdagelsen af antibiotika er en vigtig milepæl i den medicinske udviklings historie og har i høj grad reduceret forekomsten og dødeligheden af bakterielle infektioner. I øjeblikket produceres omkring 60% af de opdagede antibiotika af Streptomyces. Men med den udbredte brug af antibiotika bliver resistens- og superbug-problemer stadig mere fremtrædende. For at løse problemerne med lægemiddelresistens og superbugs er vi nødt til at udforske nye antibiotika. Gennem bioinformatisk analyse af Streptomyces-genomdata blev det konstateret, at en betydelig del af generne er i en tavs tilstand. Derfor er aktivering af tavse genklynger i Streptomyces et af de vigtigste spørgsmål på nuværende tidspunkt. Flere og flere forskere har bemærket Streptomyces' potentiale til at opdage nye forbindelser og er begyndt at undersøge, hvordan man kan stimulere aktiveringen af tavse genklynger.

Baseret på om målgenet for aktivering er klart, opdeler vi de nuværende aktiveringsstrategier i rettede aktiveringsstrategier og ikke-rettede aktiveringsstrategier. Ikke-rettede aktiveringsstrategier omfatter aktiveringsstrategier, der ændrer sammensætningen af eller betingelserne for dyrkningsmediet, strategier for samdyrkning, tilsætning af kemiske aktivatorer og global regulering. Sammenlignet med nogle genbaserede metoder som ribosome engineering, promoter engineering, regulering af transkriptionsfaktorer osv. har ikke-retningsbestemte aktiveringsstrategier deres egne fordele og begrænsninger (se tabel 4). I de senere år er der blevet udviklet nogle nye og banebrydende metoder, såsom mikrofluidiske platforme, kombinationen af mikrofermentering og metaboliske modeller i genomskala, kombinationen af biogene rør og genomik, HiTE'er osv. som spiller en stor rolle i stimuleringen af tavse genklynger. Kombinationen af ikke-målrettede aktiveringsstrategier med metabolit-fingeraftryksanalyse har vist sig at give betydelige resultater i udvindingen af sekundære metabolitter.