کشف آنتي‌بيوتيک‌هاي جديد از باکتري‌هاي حشره‌کش

محققان موسسه ميکروبيولوژي زميني «ماکس پلانکن و دانشگاه ماربورگ(Marburg) بررسي کردند که چگونه اين باکتري‌ها نسخه‌هاي مختلفي از «GameXPeptides» را توليد مي‌کنند که حشرات را مي‌کشند.

اين مطالعه که در مجله Nature Ecology- Evolution منتشر شده است، چگونگي تکامل اين ترکيبات باکتريايي را بررسي کرد، زيرا تغييرات در DNA باکتري‌ها در طول زمان GameXPeptides را تغيير داد.

اين تنوع مي‌تواند به داروهاي جديد منجر شود، زيرا اين پپتيدها به دسته وسيع‌تري به نام پپتيدهاي غير ريبوزومي تعلق دارند.

باکتري‌ها چگونه سلاح‌هاي شيميايي مختلفي را توسعه مي‌دهند؟

طبق اين مطالعه، محققان GameXPeptides را در باکتري‌هاي Xenorhabdus و Photorhabdus که با کرم‌هاي کوچکي به نام نماتد(nematode) زندگي مي‌کنند، بررسي کردند.

وقتي نماتدها وارد حشره ميزبان مي‌شوند، باکتري‌ها آزاد مي‌شوند و اين ترکيبات را توليد مي‌کنند که آن را مي‌کشند.

اين تيم تاريخچه تکاملي GxpS، آنزيمي را که GameXPeptides را توليد مي‌کند، بازسازي کرد تا چگونگي تکامل ساختارهاي مختلف پپتيد را بررسي کند. اين مطالعه 49 ترکيب از جمله محصولات جانبي را شناسايي کرد.

گئورگ هوچبرگ(Georg Hochberg)، محقق دانشگاه ماربورگ گفت: اين کار مثل بازي شطرنج پنج‌بعدي بود. نوترکيبي مکرر، تاريخچه تکاملي اين آنزيم‌ها را مبهم مي‌کند. هر رويداد نوترکيبي، بخشي از گذشته آنها را بازنويسي مي‌کند، اما دقيقاً همين پيچيدگي است که اين سيستم را بسيار جذاب مي‌کند.

اين مطالعه ادامه داد که انتخاب طبيعي، رانش ژنتيکي و سوگيري‌هاي نوترکيبي، تکامل پپتيدهاي غير ريبوزومي، دسته‌اي از ترکيبات مورد استفاده در آنتي‌بيوتيک‌هايي مانند پني‌سيلين و همچنين سموم را شکل مي‌دهند.

همانطور که در اين مطالعه آمده است؛ اگر مکانيسم‌هاي زيربنايي تنوع محصولات طبيعي باکتريايي را بهتر درک کنيم، ممکن است کشف آنتي‌بيوتيک‌هاي جديدي که بر مقاومت‌هاي موجود غلبه مي‌کنند، امکان‌پذير شود.

دانشمندان سه نيرو را يافتند که به توضيح دليل وجود نسخه‌هاي مختلف GameXPeptide کمک مي‌کند. درک اين فرآيندها مي‌تواند به دانشمندان در کشف نسخه‌هاي ديگري از پپتيدهاي غيرريبوزومي ديگر کمک کند.

البته انتخاب طبيعي به تنهايي تنوع اين ترکيبات را توجيه نمي‌کند. جهش‌هاي تصادفي و تبادل ژنتيکي نيز نوع گونه‌هاي نوظهور را شکل مي‌دهند. وقتي DNA مبادله يا بازآرايي مي‌شود، در فرآيندي به نام «نوترکيبي»، ترکيبات ژنتيکي جديدي ايجاد مي‌کند.

محققان 27 رويداد نوترکيبي مترادف را شناسايي کردند که ساختارهاي پپتيدي را تغيير نمي‌دادند و 26 رويداد غيرمترادف که مي‌توانستند آنها را تغيير دهند.

اين تيم همچنين دريافتند که نوترکيبي بيشتر بين دامنه‌هاي آنزيمي با توالي‌هاي DNA مشابه، به‌ويژه در يک ژن محتمل است. اين سوگيري، انواع پپتيدي را که مي‌توانند از طريق نوترکيبي پديدار شوند، محدود مي‌کرد.

اين يافته‌ها مي‌توانند به تحقيقات آينده در مورد آنتي‌بيوتيک‌ها کمک کنند.

اين مطالعه يک خانواده از آنزيم‌هاي توليدکننده پپتيد را بررسي کرد. محققان مي‌گويند براي تعيين اينکه آيا اصول تکاملي يکساني در مورد پپتيدهايي که انسان در پزشکي استفاده مي‌کند، اعمال مي‌شود يا خير، به کار بيشتري نياز است.

با اين حال و با اين اوصاف، بسياري از آنتي‌بيوتيک‌ها پپتيدهاي غير ريبوزومي هستند. اين محققان ممکن است مسيري را براي کاوش باز کرده باشند که به دانشمندان امکان بررسي آنتي‌بيوتيک‌هاي جديد را بدهد.

هلگه بُد(Helge Bode) از موسسه ميکروبيولوژي زميني «ماکس پلانک» گفت: نتايج ما نشان مي‌دهد که چارچوب مفهومي که براي GameXPeptides توسعه داده‌ايم مي‌تواند به عنوان راهنمايي براي رمزگشايي نيروهاي تکاملي مؤثر بر ساير خانواده‌هاي محصولات طبيعي، مانند سنتازهاي پلي‌کتيد که مانند NRPS، بسياري از محصولات طبيعي مرتبط با باليني را توليد مي‌کنند، عمل کند.

دانشمندان با درک چگونگي تکامل و تنوع اين محصولات در باکتري‌ها ممکن است بتوانند با مقاومت فعلي که انسان‌ها در برابر برخي از آنتي‌بيوتيک‌هاي موجود ايجاد کرده‌اند، مقابله کنند.