Yönlendirilmemiş aktivasyon susturma gen kümeleri kullanılarak Streptomyces'in aktif ikincil metabolitlerinin madenciliği üzerine araştırma ilerlemesi
Mikrobiyal ikincil metabolitler, ilaç araştırma ve geliştirmede önemli bir rol oynayan yapısal olarak çeşitli, işlevsel olarak karmaşık ve biyolojik olarak aktif maddelerden oluşan bir sınıftır. Şu an itibariyle, mikroorganizmalardan yaklaşık 300000 bileşik tanımlanmıştır ve antibiyotiklerin 60%'den fazlası Streptomyces kaynaklıdır. Bununla birlikte, çok sayıda ikincil metabolitin izole edilmesiyle, Streptomyces'ten önemli biyolojik aktiviteye ve yeni yapılara sahip antibiyotiklerin keşfedilme olasılığı azalmaktadır. Son yıllarda, mikrobiyal dizilemede genom dizileme teknolojisinin yaygın olarak uygulanmasıyla, büyük miktarda Streptomyces genom bilgisi halka açık hale getirilmiştir. Streptomyces genom verilerinin biyoinformatik analizi yoluyla, genlerin büyük bir kısmının hala sessiz durumda olduğu bulunmuştur, bu da hala keşfedilmemiş çok sayıda potansiyel ikincil metabolit olduğunu göstermektedir. Geleneksel yetiştirme koşulları nedeniyle, Streptomyces'in biyosentetik gen kümeleri etkili bir şekilde aktive edilmemiş, bu da benzersiz metabolik yollarının genellikle daha az ifade edilmesine veya hiç ifade edilmemesine neden olmuştur. Bu nedenle, Streptomyces'in sessiz gen kümesini aktive ederek yeni aktif ikincil metabolitleri keşfetmek büyük önem taşımaktadır.
Streptomyces'te susturucu genlerin ifadesini etkinleştirmek ve daha aktif ikincil metabolitler keşfetmek için, bugüne kadar susturucu gen kümelerini etkinleştirmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Yaygın olarak kullanılan stratejiler iki kategoriye ayrılabilir: Birincisi, kültür ortamının bileşimini (karbon kaynağı, nitrojen kaynağı, eser elementler, kimyasal aktivatörler), suşun büyüme ortamını (sıcaklık, pH, havalandırma, kap tipi) veya mikrobiyal ortak kültürü değiştirerek Streptomyces'i farklı metabolitler üretmeye teşvik eden yönlendirilmemiş aktivasyon stratejisidir; Diğer bir tür ise gen düzenleme teknolojisi (CRISPR-Cas9), belirli gen kümelerinin hedefli aktivasyonu (promotör mühendisliği, yola özgü düzenleyici faktör aktivasyonu, heterolog ekspresyon) ve Streptomyces'te susturulmuş genlerin ekspresyonunu sağlamak için diğer araçları kullanan hedefli aktivasyon stratejisidir. Hedefli aktivasyon stratejileriyle karşılaştırıldığında, hedefli olmayan aktivasyon stratejileri hedef suş için bir genetik manipülasyon sisteminin kurulmasını gerektirmez, bu nedenle basit kullanım ve birden fazla biyosentetik gen kümesini (belirli bir biyosentetik gen kümesi yerine) aynı anda aktive etme avantajlarına sahiptir ve bu da onları daha yaygın olarak uygulanabilir hale getirir. Bu makale, Streptomyces'te genlerin susturulması için kültür ortamının veya kültür koşullarının bileşiminin değiştirilmesi, ortak kültür stratejileri, kimyasal aktivatörlerin eklenmesi ve küresel düzenleme (bkz. Şekil 1) gibi yönlendirilmemiş aktivasyon stratejilerine kısa bir genel bakış sağlamakta ve bu alanda karşılaşılan sorunları ve gelecekteki gelişme beklentilerini açıklamaktadır.

Antibiyotiklerin keşfi, tıbbi gelişim tarihinde önemli bir dönüm noktasıdır ve bakteriyel enfeksiyonların görülme sıklığını ve ölüm oranını büyük ölçüde azaltmıştır. Şu anda, keşfedilen antibiyotiklerin yaklaşık 60%'si Streptomyces tarafından üretilmektedir. Bununla birlikte, antibiyotiklerin yaygın kullanımıyla birlikte, direnç ve superbug sorunları giderek daha belirgin hale gelmektedir. İlaç direnci ve süper böcek sorunlarını ele almak için acilen yeni antibiyotikler keşfetmemiz gerekiyor. Streptomyces genom verilerinin biyoinformatik analizi yoluyla, genlerin önemli bir kısmının sessiz durumda olduğu bulunmuştur. Bu nedenle, Streptomyces'teki susturulmuş gen kümelerinin aktivasyonu şu anda önemli konulardan biridir. Giderek daha fazla sayıda bilim insanı Streptomyces'in yeni bileşikler keşfetme potansiyelini fark etmiş ve sessiz gen kümelerinin aktivasyonunun nasıl teşvik edileceğini araştırmaya başlamıştır.

Aktivasyon için hedef genin net olup olmamasına bağlı olarak, mevcut aktivasyon stratejilerini yönlendirilmiş aktivasyon stratejileri ve yönlendirilmemiş aktivasyon stratejileri olarak ikiye ayırıyoruz. Yönlendirilmemiş aktivasyon stratejileri, kültür ortamının bileşimini veya koşullarını değiştiren aktivasyon stratejilerini, ortak kültür stratejilerini, kimyasal aktivatörlerin eklenmesini ve küresel düzenlemeyi içerir. Ribozom mühendisliği, promotör mühendisliği, transkripsiyon faktörü düzenlemesi gibi bazı gen tabanlı yöntemlerle karşılaştırıldığında, yönlendirilmemiş aktivasyon stratejilerinin kendi avantajları ve sınırlamaları vardır (bkz. Tablo 4). Son yıllarda, susturulmuş gen kümelerinin uyarılmasında büyük rol oynayan mikroakışkan platformlar, mikro fermantasyon ve genom ölçeğinde metabolik modellerin kombinasyonu, biyojenik tüpler ve genomiklerin kombinasyonu, HiTE'ler vb. gibi bazı yeni ve son teknoloji yöntemler geliştirilmiştir. Hedeflenmemiş aktivasyon stratejilerinin metabolit parmak izi analizi ile kombinasyonunun, ikincil metabolitlerin madenciliğinde önemli sonuçlar elde ettiği kanıtlanmıştır.