Przez
Bakterie beztlenowe, które rozwijały się w środowiskach beztlenowych na długo przed powstaniem życia zależnego od tlenu, są niezbędne zarówno dla zdrowia ludzkiego, jak i ekosystemu, wpływając na wszystko, od zdrowia jelit po choroby. Projekt AnoxyGen kierowany przez Christiana Hertwecka ma na celu zbadanie niewykorzystanego potencjału biosyntetycznego tych bakterii w celu odkrycia nowych związków, co poprawi wiedzę i zastosowania medyczne, ekologiczne i biotechnologiczne. Źródło: SciTechDaily
Projekt AnoxyGen, kierowany przez Christiana Hertwecka i finansowany z grantu ERC Advanced Grant, bada potencjał bakterii beztlenowych w biotechnologii, medycynie i ekologii, mając na celu odkrycie nowych związków bioaktywnych.
Ziemia była zamieszkana już dawno temu przez liczne organizmy fotosynteza sprowadził na świat wolny tlen. Ponieważ tlen był dla nich toksyczny, rozwinęły zupełnie inne szlaki metaboliczne niż formy życia zależne od tlenu, takie jak ludzie, zwierzęta i rośliny.
Bakterie beztlenowe przetrwały wieki w specjalnych, beztlenowych niszach, niektóre z nich są nam bardzo bliskie: jako istotna część mikrobiomu jelitowego, gdzie mają ogromne znaczenie dla dobrostanu organizmu. Jednak niektóre beztlenowce mogą również wywoływać choroby zagrażające życiu, takie jak tężec lub zatrucie jadem kiełbasianym. Bakterie te mają zatem niebagatelny wpływ na jakość życia na Ziemi i zajmują kluczową pozycję w środowisku. Ich specjalny metabolizm czyni je również poszukiwanymi narzędziami w biotechnologii.
Skaningowa mikrofotografia elektronowa Ruminiclostridium cellulolyticum. Christian Hertweck i jego zespół odkryli klotioamid w bakterii beztlenowej rozkładającej celulozę – pierwszy naturalny związek wtórny w tej grupie organizmów. Źródło: S. Nietzsche/EMZ Jena
Uwolnienie potencjału beztlenowego dzięki projektowi AnoxyGen
Projekt Christiana Hertwecka „AnoxyGen” ma na celu uwolnienie ogromnego, niewykorzystanego wcześniej potencjału biosyntezy beztlenowców. Pomimo zakodowanej w genomie zdolności do tworzenia nowych związków, większość tych genów biosyntetycznych jest nieaktywna w laboratorium, więc produkty jak dotąd pozostają nieodkryte.
Hertweck i jego zespół chcą teraz to zmienić. Korzystając z nowo opracowanych narzędzi biologii molekularnej i syntetycznej, naukowcy chcą rozszyfrować i wykorzystać nieznane szlaki metaboliczne tych bakterii. Projekt obejmuje kilka obszarów prac, w których wykorzystuje się potężny system ekspresyjny do identyfikacji i modyfikacji nowych związków aktywnych. Umożliwi to także zespołowi produkcję i badanie toksyn i czynników zjadliwości patogennych beztlenowców bez konieczności hodowania dużych ilości samych patogenów.
Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego bakterii beztlenowych z gatunku Clostridium puniceum na plasterku ziemniaka. Clostrubiny zostały odkryte w tym układzie modelowym przez zespół kierowany przez Christiana Hertwecka. Clostrubiny mają działanie antybiotykowe i chronią bakterie przed tlenem, gdy infekują bulwę ziemniaka i wykorzystują ją jako źródło pożywienia. Źródło: Gulimila Shabuer / Leibniz-HKI i EMZ Jena
Uznanie i perspektywy na przyszłość projektu AnoxyGen
„Dzięki temu projektowi chcemy zapewnić społeczności naukowej nowatorskie metody i narzędzia. Mamy nadzieję, że „AnoxyGen” przyniesie ogromne korzyści, szczególnie medycynie, ale także ekologii i biotechnologii” – wyjaśnia Hertweck. „Bakterie beztlenowe są wciąż niedostatecznie zbadane, ale ich procesy metaboliczne oferują ogromny potencjał odkrywania nowych związków aktywnych. Możemy także zyskać nowy wgląd w ich rolę jako patogenów”.
Prof. dr Christian Hertweck, kierownik Katedry Chemii Biomolekularnej w Leibniz-HKI i profesor chemii produktów naturalnych na Uniwersytecie Friedricha Schillera w Jenie, został wyróżniony jednym z prestiżowych grantów ERC Advanced Grants przyznawanych przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. Źródło: Anna Schroll/Leibniz-HKI
Hertweck, który został już uhonorowany Nagrodą Gottfrieda Wilhelma Leibniza i Nagrodą Ernsta Junga w dziedzinie medycyny za swoją wielką kreatywność naukową w identyfikowaniu nowych związków aktywnych z zaniedbanych mikroorganizmów, również wzmacnia Bilans Mikroświata W ramach tego projektu uczestniczy Cluster of Excellence, który bada powstawanie i równowagę społeczności drobnoustrojów. Bakterie beztlenowe odgrywały dotychczas podrzędną rolę, częściowo ze względu na trudny dostęp metodologiczny. Badacz chce teraz załatać tę lukę.
Hannah Büttner z zespołu Christiana Hertwecksa eksperymentuje z wrażliwymi na tlen bakteriami z rodzaju Clostridium w atmosferze chronionej, w tzw. pudełku beztlenowym. Źródło: Anna Schroll/Leibniz-HKI
Grant ERC Advanced Grant, jeden z najbardziej prestiżowych grantów Unii Europejskiej, docenia doskonałość i innowacyjność najlepszych badaczy. Projekt Christiana Hertwecka „AnoxyGen” został wybrany ze względu na duże perspektywy poszerzenia naszej wiedzy na temat biosyntezy drobnoustrojów i opracowania nowych zastosowań biotechnologicznych. Dysponując wygodnymi środkami finansowymi badacz i jego interdyscyplinarny zespół będą zajmować się tym tematem przez najbliższe pięć lat.
