Gen “tersembunyi” dalam bakteriofag mungkin menjadi kunci pengembangan antibiotik baru

Sebuah studi baru dari Center for Phage Technology menunjukkan bagaimana gen bakteriofag lisis dapat menjadi kunci pengembangan antibiotik baru.

Protein fag terlokalisasi membran juga dapat membantu merevitalisasi, meningkatkan antibiotik yang ada.

Sebuah studi oleh Phage Technology Center, bagian dari Texas College of Agriculture and Life Sciences A&M dan Texas A&M AgriLife Research, menunjukkan bagaimana gen “tersembunyi” dalam bakteriofag – jenis virus yang menginfeksi dan membunuh bakteri – dapat menjadi kunci untuk mengembangkan gen baru. kelas antibiotik untuk kesehatan manusia.

Studi ini dipublikasikan di Komunikasi Alam dan Harian Sains Saat Iniserta dimasukkan dalam posting terbaru di blog komunitas penelitian mikrobiologi komunitas.

Kebutuhan antibiotik baru

Bakteri yang kebal antibiotik menjadi ancaman yang semakin besar bagi kesehatan manusia, menciptakan kebutuhan mendesak untuk mengembangkan antibiotik baru.

“Ada minat yang berkembang pada bakteriofag dan potensinya sebagai agen antibakteri untuk melawan bakteri patogen,” kata Dr. Ryland Young, direktur Pusat Teknologi Phage, seorang profesor terkenal di Departemen Biokimia dan Biofisika dan penelitian terkemuka. “Ini sebagian besar disebabkan oleh kemampuan ‘gen lisis’ fag untuk menyebabkan kerusakan sel pada inang bakteri.”

Kebanyakan fag dapat menyebabkan pecahnya sel inang, suatu proses yang disebut lisis. Mereka juga melepaskan virion fag “herediter” baru yang secara genetik dan struktural identik dengan virus induk.

Melawan bakteri patogen

Kebutuhan akan antibiotik baru dan lebih efektif telah meningkatkan minat pada bakteriofag sebagai agen yang mungkin untuk memerangi bakteri patogen.

“Fag kecil, seperti yang menjadi fokus penelitian ini, membentuk protein tunggal yang menyebabkan lisis pada inang,” kata Young. “Secara umum, virus menghasilkan ‘antibiotik protein’ yang menyebabkan lisis dengan cara yang sama seperti antibiotik seperti penisilin – mengganggu proses multi-tahap biosintesis dinding sel. Ketika sel yang terinfeksi mencoba membelah, ia meledak karena tidak dapat membuat dinding sel baru di antara sel anak. “

Dia mengatakan protein lisis kecil ini bisa menjadi model untuk kelas antibiotik baru.

Tujuan dan temuan utama dari penelitian ini

Penelitian berfokus pada karakterisasi gen lisis levivirus, mengandung bakteriofag kecil rantai tunggal kecil. RNA genom dengan hanya tiga sampai empat gen. Puluhan ribu levivirus telah ditemukan. Di antara gen yang diketahui untuk levivirus adalah Sgl, yang berarti “lisis gen tunggal”. Sgl mengkodekan protein yang menginduksi degradasi sel bakteri.

Banyak levivirus mengandung gen Sgl, tetapi mereka tetap “disembunyikan” oleh para peneliti karena mereka kecil, sangat beragam, dan dapat dimasukkan ke dalam gen lain.

“Kami ingin menemukan gen lisis ‘tersembunyi’ ini dalam fag RNA untai tunggal, dan untuk memahami bagaimana struktur dan evolusinya dapat memperoleh manfaat dari pengembangan antibiotik baru yang lebih efektif,” kata Dr. Kartik Chamakura, dari Departemen Biokimia. .dan seorang peneliti postdoctoral biofisika di pusat dan penulis pertama penelitian. “Kami juga ingin mempelajari bagaimana target molekuler tertentu pada bakteri dapat diidentifikasi dan digunakan untuk mengembangkan antibiotik.”

Dalam studi ini, para peneliti dapat mengidentifikasi 35 Sgl unik yang menghasilkan efek litik atau destruktif pada bakteri E. coli, kata Chamakura. Tim juga menemukan bahwa masing-masing Sgl ini berpotensi mewakili mekanisme terpisah untuk lisis sel inang.

Chamakura juga mencatat bahwa penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa fag RNA untai tunggal memiliki mutasi tingkat tinggi.

Kartik Chamakura

Karthik Chamakura, Ph.D., seorang peneliti postdoctoral di Center for Phage Technology di Texas A&M University, adalah penulis pertama penelitian ini. Kredit: Texas A&M AgriLife

Tingkat mutasi yang tinggi memungkinkan fag ini menginfeksi bakteri jenis baru, jelasnya. “Untuk melarikan diri dari inang baru, fag harus mengubah gen Sgl yang ada atau mengembangkan Sgl baru. Meskipun panjang total RNA genom sangat pendek, fag ini dapat menyandikan dua atau lebih Sgl atau proto-Sgl untuk aktivitas litik untuk membunuh beberapa inang bakteri. “

Aspek lain yang lebih luas dari penelitian ini adalah pengamatan bahwa banyak Sgl yang ditemukan dalam penelitian tersebut berasal dan berevolusi dalam gen protein replikasi fag, atau Rep.

“Ada jumlah yang tidak proporsional – 22 dari 35 calon Sgl atau Sgl – ditemukan tertanam dalam gen Rep,” kata Chamakura. “Melapisi lokasi gen Sgl pada urutan Rep yang sesuai mengungkapkan bahwa sebagian besar gen Sgl berevolusi menjadi wilayah Rep yang kurang terkonservasi. Ini mungkin berarti bahwa wilayah genom levivirus yang lebih berbeda, seperti gen Rep, dapat berfungsi sebagai” panas. tempat “untuk evolusi Sgl.”

Dia mengatakan bahwa studi genom dalam studi tersebut juga mengungkapkan bahwa fag yang terkait erat menunjukkan bukti signifikan untuk evolusi gen de novo.

“Ini menunjukkan bahwa beberapa Sgl ini tidak berevolusi dari gen yang ada, tetapi pada dasarnya dibuat dari awal di wilayah genom yang tidak menyandikan molekul fungsional apa pun,” kata Chamakura. “Oleh karena itu, fag RNA untai tunggal mungkin memiliki dua atau lebih gen lisis pada tahap evolusi gen yang berbeda.”

Review dan potensi penelitian

Secara umum, Chamakura mengatakan bahwa penelitian menunjukkan bahwa Sgl sangat beragam dan tetap sangat tidak digunakan sebagai sumber peptida yang dapat digunakan dalam antibiotik protein untuk menyerang fungsi sel bakteri.

Lisis sel yang dimediasi E. coli Sgl

Sel Escherichia coli menjalani lisis sel yang dimediasi Sgl. Protein Sgl menyatu dengan green fluorescent protein (GFP) dan diekspresikan dalam E. coli dari plasmid. Panel kiri (ditunjukkan pada saluran GFP) panel kanan (gambar kontras fase). Kredit: Karthik R. Chamakura

“Melalui analisis sampel yang relatif kecil dari seluruh alam semesta levivirus, kami menemukan berbagai peptida kecil yang menjalankan fungsi kritis dalam siklus hidup virus RNA,” katanya. “Kami juga telah menunjukkan bahwa levivirus dengan mudah mengembangkan gen Sgl dan terkadang memiliki lebih dari satu genom. Dan karena gen ini hampir tidak memiliki kemiripan satu sama lain atau dengan gen Sgl yang telah dikenal sebelumnya, mereka mewakili sumber protein antibiotik potensial yang kaya. “

Dia mengatakan penelitian itu juga harus berguna dalam membantu mendeteksi gen kecil dan fungsi biologisnya dalam virus RNA dari organisme yang lebih kompleks – seperti tumbuhan dan hewan – serta memberikan model yang baik untuk mempelajari bagaimana gen baru berevolusi.

“Penelitian lebih lanjut mungkin termasuk eksploitasi peptida ini untuk mengidentifikasi target pengembangan antibiotik,” katanya.

Referensi: “Evolusi cepat gen lisis di fag RNA untai tunggal” oleh Karthik R. Chamakura, Jennifer S. Tran, Chandler O’Leary, Hannah G. Lisciandro, Sophia F. Antillon, Kameron D. Garza, Elizabeth Tran , Lorna Min dan Rai Young, 26 November 2020, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19860-0

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ada lebih banyak genetika daripada DNA

Ahli biologi di Inggris dan Austria telah mengidentifikasi 71 gen baru pada tikus. Ahli biologi di Universitas Bath dan Wina telah menemukan 71 gen baru...

Untuk mencegah kelaparan, adaptasi iklim membutuhkan miliaran investasi tahunan tambahan

Investasi dalam penelitian pertanian, pengelolaan air, infrastruktur dapat mencegah pertumbuhan kelaparan yang disebabkan oleh iklim. Untuk mencegah dampak perubahan iklim pada tahun 2050, yang memaksa...

Teknologi Ultra Tipis Canggih untuk Merevolusi Penglihatan Malam – “Kami Membuat Yang Tak Terlihat Terlihat”

Dr. Rocio Camacho Morales mengatakan para peneliti membuatnya "tidak terlihat, terlihat." Kredit: Jamie Kidston, Universitas Nasional Australia Biar ringan! Film ultra-tipis suatu hari...

Maju dalam dekomposisi CO2 dengan efisiensi tinggi

ARA. 1: Metode sintesis fotokatalis tiga komponen baru. Sebuah nanotube karbon enkapsulasi molekul yodium direndam dalam larutan perak nitrat (AgNO3) berair untuk menghasilkan...

Satelit Terkemuka di Lautan – Copernicus Sentinel-6 – Hidup!

Copernicus Sentinel-6 menggunakan mode inovatif yang diselingi dengan altimeter radar frekuensi ganda Poseidon-4 (C- dan Ku-band), yang telah meningkatkan kinerja dibandingkan dengan desain altimeter...

Newsletter

Subscribe to stay updated.