來自倫敦帝國理工學(xué)院的合成生物學(xué)家重新設(shè)計(jì)了酵母細(xì)胞，以制造非核糖體肽抗生素青霉素。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，他們能夠證明這種酵母具有抗鏈球菌的抗菌特性。

該研究的作者今天發(fā)表在Nature Communications雜志上，他們表示，他們的新方法證明了使用這種合成生物學(xué)作為發(fā)現(xiàn)新抗生素的途徑的有效性。這可以開辟使用重新設(shè)計(jì)的酵母細(xì)胞從非核糖體肽家族開發(fā)新形式的抗生素和抗炎藥物的可能性。

非核糖體肽通常由細(xì)菌和真菌產(chǎn)生，形成當(dāng)今大多數(shù)抗生素的基礎(chǔ)。制藥公司長期以來一直試驗(yàn)非核糖體肽來制造常規(guī)抗生素。抗菌素耐藥性的提高意味著需要使用基因工程技術(shù)從細(xì)菌和真菌中尋找新的抗生素。然而，對具有抗菌特性的野生動(dòng)物和細(xì)菌進(jìn)行基因工程改造具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榭茖W(xué)家們沒有合適的工具，而且在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中難以生長，需要特殊條件。

另一方面，貝克酵母很容易進(jìn)行基因工程改造?？茖W(xué)家可以簡單地將細(xì)菌和真菌中的DNA插入酵母中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為抗生素生產(chǎn)研究提供可行的新宿主。酵母合成生物學(xué)方法的興起將使研究人員能夠制造和測試許多新的基因組合，從而產(chǎn)生全新的抗生素。

然而，作者熱切地指出該研究仍處于早期階段。雖然這種方法確實(shí)顯示出前景，但迄今為止它們已經(jīng)少量地產(chǎn)生非核糖體肽抗生素青霉素。需要做更多的研究，以確定它是否可以適應(yīng)于尋找其他化合物并使生產(chǎn)達(dá)到商業(yè)上可行的數(shù)量。

來自倫敦帝國理工學(xué)院合成生物學(xué)中心的Tom Ellis博士解釋說：“人類幾千年來一直在試驗(yàn)酵母。從釀造啤酒到讓我們的面包上升，以及最近用于制造抗瘧疾藥物等化合物酵母是許多過程背后的微觀主力。

“抗藥性超級細(xì)菌的興起為我們尋找新的抗生素帶來了真正的緊迫性。我們的實(shí)驗(yàn)表明，酵母可以被設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)一種眾所周知的抗生素。這開啟了使用酵母探索尚未開發(fā)的寶藏的可能性。非核糖體肽家族中的大量化合物，用于開發(fā)新一代抗生素和抗炎藥。“

以前，科學(xué)家已經(jīng)證明他們可以重新設(shè)計(jì)一種不同的酵母來制造青霉素。然而，與作者在今天的研究中使用的面包酵母相比，這種酵母對遺傳操作的理解還不是很好，因此不太適合使用合成生物學(xué)開發(fā)新的抗生素。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)使用來自絲狀真菌的基因，非核糖體肽青霉素是天然來源的。這些基因通過兩步生化反應(yīng)過程使酵母細(xì)胞產(chǎn)生非核糖體肽青霉素。首先，細(xì)胞通過復(fù)雜反應(yīng)制成非核糖體肽堿基 - “骨架”分子，然后通過一組進(jìn)一步的真菌酶將其轉(zhuǎn)化為活性抗生素。

在實(shí)驗(yàn)過程中，研究小組發(fā)現(xiàn)他們不需要從酵母細(xì)胞內(nèi)提取青霉素分子。相反，細(xì)胞將分子直接排出到它所處的溶液中。這意味著團(tuán)隊(duì)只需將溶液添加到含有鏈球菌的培養(yǎng)皿中即可觀察其有效性。將來，這種方法可以大大簡化分子測試和制造過程。

來自倫敦帝國理工學(xué)院生物工程系的共同作者阿里·阿萬博士解釋說：“真菌已經(jīng)有數(shù)百萬年的時(shí)間來發(fā)展生產(chǎn)殺菌殺菌劑青霉素的能力。我們的科學(xué)家們只是在這種背景下使用酵母進(jìn)行治療。少數(shù)幾年，但現(xiàn)在我們已經(jīng)制定了誘導(dǎo)酵母生產(chǎn)青霉素的藍(lán)圖，我們相信我們可以進(jìn)一步完善這種方法，以便在未來創(chuàng)造出新的藥物。

“我們相信酵母可能成為未來的新型迷你工廠，幫助我們在非核糖體肽家族中試驗(yàn)新化合物，以開發(fā)抵抗抗菌素耐藥性的藥物。”

該團(tuán)隊(duì)目前正在尋找新的資金來源和新的工業(yè)合作者，以使他們的研究更上一層樓。

埃利斯博士補(bǔ)充道：“青霉素首先是由圣瑪麗醫(yī)院醫(yī)學(xué)院的亞歷山大·弗萊明爵士發(fā)現(xiàn)的，該醫(yī)學(xué)院現(xiàn)在是帝國醫(yī)學(xué)院的一部分。他還在發(fā)現(xiàn)抗生素耐藥性后不久就預(yù)測了抗生素耐藥性的上升。我們希望，以某種小的方式，以他的遺產(chǎn)為基礎(chǔ)，與業(yè)界和學(xué)術(shù)界合作，利用合成生物技術(shù)開發(fā)下一代抗生素。“