Phương pháp tạo lanthipeptide kháng khuẩn hiệu suất cao

Peptide lantibiotic định hình sau khi ribosome tạo ra. Enzyme có thể liên kết các axit amin khác nhau trong chuỗi peptide để tạo thành các vòng. Một lantibiotic được biết đến khá nhiều là nisin (peptide với năm vòng) được sử dụng làm chất bảo quản trong ngành công nghiệp thực phẩm. "Các chuỗi axit amin khác nhau đã tạo nên các vòng", giáo sư sinh học phân tử Oscar Kuipers giải thích. "Với 12 loại lantibamel tự nhiên sẽ có các kết hợp khác nhau".

Các gen tổng hợp

Kuipers và các đồng nghiệp của ông từ ETH Zürich (Thụy Sĩ) và Đại học Regensburg (Đức) đã tìm ra cách để tạo ra lantibamel với số lượng lớn: "Chúng tôi đã tổng hợp các chuỗi DNA mã hóa cho các vòng khác nhau và kết hợp các mô-đun di truyền này để tạo thành các gen di truyền mã hóa cho quá trình kết hợp ngẫu nhiên của các vòng". Thư viện gen mà họ tạo ra chứa khoảng 14.000 gen tổng hợp. Tiếp theo đó là việc sàng lọc các gen có tiềm năng kháng khuẩn: họ đã tạo ra kỹ thuật sàng lọc enzyme, bằng cách dùng các hạt micro-alginate. (có đường kính khoảng 70 µm) cho vi khuẩn phát triển bên trong. Các chủng gen từ thư viện được đánh dấu chỉ thị màu đó và đưa vào sản xuất."Chúng tôi đã pha loãng các vi khuẩn này để mỗi hạt chỉ còn chứa một hoặc không còn vi khuẩn nào. Chúng tôi cũng thêm vào một chủng mục tiêu có thể bị lantibamel tiêu diệt, với nồng độ cao hơn (khoảng 50 mỗi hạt)". Các tế bào đích mang chỉ thị màu xanh lá cây, tạo ra một peptidase kích hoạt lantibamel tiền chất do các tế bào sản xuất tiết ra.

Sàng lọc

Khi các hạt được ủ, chủng sản xuất tạo thành một khuẩn lạc duy nhất và tiết ra lantibamel. Các peptide không tách rời khỏi hạt. Số lượng khuẩn lạc màu xanh lá cây phát triển bên trong mỗi hạt có tương quan ngược với tác dụng kháng khuẩn của lanthipeptide được kích hoạt. Sử dụng bộ phân loại tế bào bằng huỳnh quang thiết kế cho các hạt, có thể sàng lọc 50.000 hạt/giờ và chọn các hạt có mức huỳnh quang màu xanh lá cây thấp.

Sau đó là bước phân lập các khuẩn lạc khỏi các hạt được chọn cho thấy tác dụng kháng khuẩn mạnh. "Trước tiên, phải tạo ra được một số lượng lớn để có thể phân tích lantibiotic được sản xuất ra. Một điểm rất phức tạp khác là các enzyme sản xuất ra các vòng không hoàn toàn hoạt động chính xác. Trong cùng một khu vực mà tất cả các tế bào có cùng một DNA, vẫn có thể tạo ra 5-6 lanthipeptide khác nhau".

Thiết kế hợp lý

Nhiều lanthipeptide đặc trưng với tác dụng kháng khuẩn mạnh đã được phân lập. "Chúng tôi đã tìm thấy các peptide có khả năng kháng sinh, một số peptide trông hơi giống nisin hoặc lớp biểu bì. Các thử nghiệm đã cho nhiều hiêu biết về quan hệ cấu trúc - chức năng của các vòng trong các peptide lantibiotic. Điều này cho phép xác định phương pháp hợp lý để tạo ra kháng sinh mới".

Nghiên cứu đã cho thấy quy trình sản xuất, từ thư viện gen đến sàng lọc và mô tả các đặc tính là rất hiệu quả. Bước kế tiếp là sử dụng một mầm bệnh thực sự (thay vì các tế bào Lactococcus) cho vòng đầu tiên. "Chúng tôi hiện đang nghiên cứu tạo ra các peptide chỉ có một vòng, do các peptide năm vòng là quá lớn để ứng dụng trong dược phẩm. Nhiều loại kháng sinh có cấu trúc một vòng, tương tự như vancomycin". Những loại kháng sinh này được tạo ra nhờ liên kết enzyme của các axit amin, trong khi lantibamel được sản xuất từ ​​gen của ribosome. "Điều này cho thấy, chúng ta có thể sử dụng các kỹ thuật sinh học phân tử để nhanh chóng tạo và sàng lọc các thư viện lớn".