Avances en la investigación de metabolitos secundarios activos de Streptomyces mediante grupos de genes de silenciamiento de activación no dirigida
Los metabolitos secundarios microbianos son una clase de sustancias estructuralmente diversas, funcionalmente complejas y biológicamente activas que desempeñan un papel importante en la investigación y el desarrollo de fármacos. Hasta la fecha, se han identificado aproximadamente 300.000 compuestos a partir de microorganismos, de los cuales más de 60% de los antibióticos proceden de Streptomyces. Sin embargo, con el aislamiento de un gran número de metabolitos secundarios, la probabilidad de descubrir antibióticos con actividad biológica significativa y estructuras novedosas a partir de Streptomyces está disminuyendo. En los últimos años, con la aplicación generalizada de la tecnología de secuenciación del genoma en la secuenciación microbiana, se ha hecho pública una gran cantidad de información sobre el genoma de Streptomyces. A través del análisis bioinformático de los datos del genoma de Streptomyces, se descubrió que una gran parte de los genes todavía están en estado silente, lo que indica que todavía hay un gran número de metabolitos secundarios potenciales que no se han descubierto. Debido a las condiciones de cultivo convencionales, los grupos de genes biosintéticos de Streptomyces no se han activado de forma eficaz, lo que ha provocado que sus vías metabólicas únicas a menudo se expresen menos o no se expresen en absoluto. Por lo tanto, es de gran importancia explorar nuevos metabolitos secundarios activos mediante la activación del grupo de genes silenciosos de Streptomyces.
Con el fin de activar la expresión de genes silenciadores en Streptomyces y descubrir metabolitos secundarios más activos, hasta ahora se han desarrollado y aplicado diversos métodos para activar grupos de genes silenciadores. Las estrategias comúnmente utilizadas pueden dividirse en dos categorías: Una es la estrategia de activación no dirigida, que induce a Streptomyces a producir diferentes metabolitos cambiando la composición del medio de cultivo (fuente de carbono, fuente de nitrógeno, oligoelementos, activadores químicos), el entorno de crecimiento de la cepa (temperatura, pH, aireación, tipo de contenedor) o el co-cultivo microbiano; Otro tipo es la estrategia de activación dirigida, que utiliza la tecnología de edición de genes (CRISPR-Cas9), la activación dirigida de grupos de genes específicos (ingeniería de promotores, activación de factores reguladores específicos de la vía, expresión heteróloga) y otros medios para permitir la expresión de genes silenciados en Streptomyces. En comparación con las estrategias de activación dirigida, las estrategias de activación no dirigida no requieren el establecimiento de un sistema de manipulación genética para la cepa diana, por lo que tienen las ventajas de un funcionamiento sencillo y la capacidad de activar simultáneamente múltiples grupos de genes biosintéticos (en lugar de un grupo específico de genes biosintéticos), lo que las hace más ampliamente aplicables. Este artículo ofrece una breve visión general de las estrategias de activación no dirigida para silenciar genes en Streptomyces, como el cambio de la composición del medio de cultivo o de las condiciones de cultivo, las estrategias de co-cultivo, la adición de activadores químicos y la regulación global (véase la Figura 1), y describe los problemas a los que se enfrentan y las perspectivas de desarrollo futuro en este campo.

El descubrimiento de los antibióticos es un hito importante en la historia del desarrollo médico, ya que reduce en gran medida la incidencia y la mortalidad de las infecciones bacterianas. En la actualidad, alrededor del 60% de los antibióticos descubiertos son producidos por Streptomyces. Sin embargo, con el uso generalizado de antibióticos, los problemas de resistencia y superbacterias son cada vez más prominentes. Para abordar los problemas de la resistencia a los fármacos y las superbacterias, necesitamos explorar urgentemente nuevos antibióticos. Mediante el análisis bioinformático de los datos del genoma de Streptomyces, se descubrió que una parte significativa de los genes se encuentran en estado silenciado. Por lo tanto, la activación de grupos de genes silenciados en Streptomyces es una de las cuestiones importantes en la actualidad. Cada vez más estudiosos se han dado cuenta del potencial de Streptomyces para descubrir nuevos compuestos y han empezado a estudiar cómo estimular la activación de grupos de genes silenciados.

En función de si el gen diana para la activación está claro, dividimos las estrategias de activación actuales en estrategias de activación dirigidas y estrategias de activación no dirigidas. Las estrategias de activación no dirigidas incluyen estrategias de activación que cambian la composición o las condiciones del medio de cultivo, estrategias de co-cultivo, adición de activadores químicos y regulación global. En comparación con algunos métodos basados en genes, como la ingeniería de ribosomas, la ingeniería de promotores, la regulación de factores de transcripción, etc., las estrategias de activación no dirigida tienen sus propias ventajas y limitaciones (véase la Tabla 4). En los últimos años, se han desarrollado algunos métodos nuevos y punteros, como las plataformas microfluídicas, la combinación de microfermentación y modelos metabólicos a escala genómica, la combinación de tubos biogénicos y genómica, HiTEs, etc., que desempeñan un enorme papel en la estimulación de grupos de genes silenciados. Se ha demostrado que la combinación de estrategias de activación no dirigidas con el análisis de huellas dactilares de metabolitos logra resultados significativos en la extracción de metabolitos secundarios.