Британские ученые проанализировали роль четырех генов в биосинтезе метиленомицина A — антибиотика, вырабатываемого почвенной бактерией Streptomyces coelicolor. Авторы не только описали роль четырех исследуемых генов, но и выявили ряд ранее неописанных метаболитов. Два из них — преметиленомицин C и его лактонная форма — были на порядок и на два порядка эффективнее метиленомицина A против грамположительных бактерий, включая резистентные формы Staphylococcus aureus и Enterococcus faecium. Вероятно, в ходе эволюции эффективность антибиотика снизилась, однако взамен появилась способность поражать грамотрицательные бактерии.
Credit:
Greg Challis/University of Warwick | Пресс-релиз
Метиленомицин A — антибиотик широкого спектра действия, эффективный против грамположительных грамотрицательных бактерий и синтезируемый почвенной бактерией Streptomyces coelicolor. Предыдущие исследования с использованием меченных изотопов помогли частично установить путь синтеза метиленомицина A, а анализ генетических последовательностей — выявить кластер генов, задействованных в его метаболизме. В новой работе британские ученые с помощью генетической инженерии смогли не только подтвердить роль четырех генов в процессах синтеза метиленомицина A, но и описать несколько новых промежуточных метаболитов, которые оказались еще более эффективными противомикробными агентами.
Авторы сосредоточили внимание на четырех генах — mmyD, mmyE, mmyO, и mmyF — предположительно задействованных в синтезе метиленомицина A. Чтобы проверить их функцию, космиды (специальные плазмиды, адаптированные для клонирования и модификаций больших участков ДНК), несущие метиленомициновый кластер генов с делецией в одном из четырех генов, интегрировали в линию S. coelicolor, у которых отсутствовал дикий тип этого кластера. После чего исследователи анализировали состав метаболитов, накапливающихся в каждой из модифицированных линий. Чтобы увеличить выработку интересующих веществ, интегрированные космиды также несли делецию в гене mmyR, регулирующем экспрессию метиленомицина.
Как и ожидали исследователи, делеция в mmyD приводила к полной остановке синтеза какметиленомицина A, так и промежуточных метаболитов, что подтверждает его участие в ранних стадиях биосинтеза. В то же время делеции mmyF и mmyO останавливали синтез метиленомицина A, но в бактериях накапливался промежуточный метаболит метиленомицин C.
Однако самые интересные результаты наблюдались в линии с делеций в mmyE — там ученые обнаружили два ранее неописанных метаболита — преметиленомицин C и его циклическую форму преметиленомицин C-лактон, которые в цепочке метаболизма предшествуют метиленомицину C.
Когда авторы проверили эффективность впервые описанных соединений как антибиотиков, то оказалось, что они неэффективны против грамотрицательных бактерий (предположительно, для проникновения через мембрану нужны модификации, происходящие на поздних стадиях синтеза). В то же время против грамположительных бактерий преметиленомицин C-лактон оказался на два порядка активнее, чем метиленомицины A и C. В частности, он показал высокую эффективность против высокорезистентных штаммов Staphylococcus aureus DSM 21979 и Enterococcus faecium U0317 (минимальная ингибирующая концентрация 1 и 2 мкг/мл). Более того, в опытах с серийной обработкой Enterococcus faecium вырабатывал устойчивость к ванкомицину, но не к преметиленомицин C-лактону.
Полученные в исследовании результаты могут стать основой для разработки новых антибиотиков и борьбы с растущей проблемой резистентности у бактерий.
Источник:
Christophe Corre, et al. Discovery of Late Intermediates in Methylenomycin Biosynthesis Active against Drug-Resistant Gram-Positive Bacterial Pathogens // Journal of the American Chemical Society Article ASAP, published October 27, 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c12501