A Streptomyces aktív másodlagos anyagcseretermékeinek bányászatában elért kutatási eredmények nem irányított aktivációs csendesítő génklaszterek felhasználásával
A mikrobiális másodlagos metabolitok a szerkezetileg változatos, funkcionálisan összetett és biológiailag aktív anyagok egy osztályát alkotják, amelyek fontos szerepet játszanak a gyógyszerkutatásban és -fejlesztésben. Mostanáig körülbelül 300000 vegyületet azonosítottak mikroorganizmusokból, ebből több mint 60% antibiotikum a Streptomycesből származik. A nagyszámú másodlagos metabolit izolálásával azonban csökken a valószínűsége annak, hogy jelentős biológiai aktivitású és új szerkezetű antibiotikumokat fedezzenek fel a Streptomycesből. Az elmúlt években a genomszekvenálási technológia széles körű alkalmazásával a mikrobiális szekvenálásban nagy mennyiségű Streptomyces genom információ került nyilvánosságra. A Streptomyces genomadatok bioinformatikai elemzésével megállapították, hogy a gének nagy része még mindig csendes állapotban van, ami azt jelzi, hogy még mindig nagyszámú potenciális másodlagos metabolitot nem fedeztek fel. A hagyományos termesztési körülmények miatt a Streptomyces bioszintetikus géncsoportjai nem aktiválódtak hatékonyan, ami azt eredményezi, hogy egyedi anyagcsereútvonalaik gyakran kevésbé vagy egyáltalán nem fejeződnek ki. Ezért nagy jelentőséggel bír az új aktív másodlagos anyagcseretermékek feltárása a Streptomyces csendes génklaszterének aktiválásával.
A Streptomycesben a csendesítő gének expressziójának aktiválása és aktívabb másodlagos metabolitok felfedezése érdekében eddig különböző módszereket fejlesztettek ki és alkalmaztak a csendesítő génklaszterek aktiválására. Az általánosan használt stratégiák két kategóriába sorolhatók: Az egyik a nem irányított aktiválási stratégia, amely a Streptomyces-t a táptalaj összetételének (szénforrás, nitrogénforrás, nyomelemek, kémiai aktivátorok), a törzs növekedési környezetének (hőmérséklet, pH, levegőztetés, tartály típusa) vagy a mikrobiális ko-kultúrának a megváltoztatásával különböző metabolitok termelésére készteti; Egy másik típus a célzott aktiválási stratégia, amely génszerkesztési technológiát (CRISPR-Cas9), specifikus géncsoportok célzott aktiválását (promóter-technológia, útvonalspecifikus szabályozó faktorok aktiválása, heterológ expresszió) és más eszközöket használ, hogy lehetővé tegye az elnémított gének kifejeződését a Streptomycesben. A célzott aktiválási stratégiákhoz képest a nem célzott aktiválási stratégiák nem igénylik a céltörzs genetikai manipulációs rendszerének létrehozását, így előnyük az egyszerű működés és a több bioszintetikus génklaszter egyidejű aktiválásának képessége (egy adott bioszintetikus génklaszter helyett), ami szélesebb körben alkalmazhatóvá teszi őket. Ez a cikk rövid áttekintést nyújt a Streptomycesben a gének elnémítására szolgáló nem irányított aktiválási stratégiákról, mint például a táptalaj összetételének vagy a tenyésztési körülményeknek a megváltoztatása, a ko-kultúra stratégiák, a kémiai aktivátorok hozzáadása és a globális szabályozás (lásd az 1. ábrát), és ismerteti az e területen felmerülő problémákat és a jövőbeli fejlesztési kilátásokat.

Az antibiotikumok felfedezése jelentős mérföldkő az orvostudomány fejlődésének történetében, mivel nagymértékben csökkentette a bakteriális fertőzések előfordulását és halálozását. Jelenleg a felfedezett antibiotikumok mintegy 60%-jét a Streptomyces termeli. Az antibiotikumok széleskörű használatával azonban egyre inkább előtérbe kerülnek a rezisztencia és a szuperbaktériumok problémái. A gyógyszerrezisztencia és a szuperbaktériumok problémáinak kezelése érdekében sürgősen új antibiotikumokat kell felfedeznünk. A Streptomyces genom adatainak bioinformatikai elemzése során megállapították, hogy a gének jelentős része néma állapotban van. Ezért a Streptomycesben az elhallgatott géncsoportok aktiválása jelenleg az egyik fontos kérdés. Egyre több tudós vette észre a Streptomycesben rejlő potenciált új vegyületek felfedezésében, és elkezdték tanulmányozni, hogyan lehet stimulálni az elnémított géncsoportok aktiválását.

Aszerint, hogy az aktiválás célgénje egyértelmű-e, a jelenlegi aktiválási stratégiákat irányított és nem irányított aktiválási stratégiákra osztjuk. A nem irányított aktiválási stratégiák közé tartoznak a táptalaj összetételét vagy körülményeit megváltoztató aktiválási stratégiák, a ko-kultúra stratégiák, a kémiai aktivátorok hozzáadása és a globális szabályozás. Néhány génalapú módszerrel, például a riboszómamérnökséggel, a promótermérnökséggel, a transzkripciós faktorok szabályozásával stb. összehasonlítva a nem irányított aktiválási stratégiáknak megvannak a maguk előnyei és korlátai (lásd a 4. táblázatot). Az utóbbi években néhány új és élvonalbeli módszert fejlesztettek ki, mint például a mikrofluidikai platformok, a mikrofermentáció és a genomléptékű metabolikus modellek kombinációja, a biogéncsövek és a genomika kombinációja, a HiTE-k stb., amelyek óriási szerepet játszanak az elnémított géncsoportok stimulálásában. A nem célzott aktiválási stratégiák és a metabolit-ujjlenyomat-elemzés kombinációja bizonyítottan jelentős eredményeket ér el a másodlagos metabolitok bányászatában.