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北卡罗来纳州立大学的研究人员设计了一种生物传感器，可以检测感兴趣的抗生素分子。生物传感器是在微生物中制造抗生素“工厂”的第一步大肠杆菌．
大环内酯是一组天然产生的小分子，具有抗生素、抗真菌或抗癌作用。抗生素红霉素就是一个例子，它是一种土壤细菌产生的大环内酯。研究人员对使用这些天然抗生素和产生它们的微生物来开发新的抗生素很感兴趣;然而，产生抗生素大环内酯的微生物只能制造少量的有限种类的抗生素。
“我们的最终目标是工程师微生物使这些抗生素对我们使用的新版本,这将大大减少所需的时间和钱新药测试和开发,”加文·威廉姆斯说,生物有机化学副教授数控状态和描述研究的论文的通讯作者。“为了做到这一点，我们首先需要能够检测微生物产生的抗生素分子。”
Williams和他的团队使用一种自然发生的分子开关——一种叫做MphR的蛋白质——作为他们的生物传感器。在大肠杆菌， MphR可以检测被攻击微生物分泌的大环内酯类抗生素的存在大肠杆菌．当MphR感知到抗生素时，它会启动一种耐药性机制来抵消抗生素的作用。
研究人员创建了一个大型的MphR蛋白变体库，并对它们进行了筛选，以便当它们存在所需的大环内酯时，能够启动绿色荧光蛋白的生产。他们测试了MphR已经识别出的针对红霉素的变异，发现一些MphR变异将它们的检测能力提高了10倍。他们还成功地测试了大环内酯的变体，这些大环内酯与红霉素没有密切关系，比如泰乐菌素。
威廉姆斯说:“本质上，我们已经选择并发展了MphR传感器系统，增加了识别我们感兴趣的分子的灵敏度。”“我们知道，我们可以定制这种生物传感器，它将检测到我们感兴趣的分子，这将使我们能够快速筛选数百万种不同的菌株。这是迈向抗生素高通量工程的第一步，在那里我们创建了巨大的转基因菌株和微生物变体库，以找到少数菌株和变体，以期望的产量产生所需的分子。”
这项研究发表在ACS合成生物学由国家卫生研究院(赠款GM104258)和北卡罗莱纳州校长创新基金资助。研究生李毅伟、前研究生克里斯蒂安·凯西、前本科生穆尼尔·泽拉德以及弗吉尼亚联邦大学化学教授t·阿什顿·克洛普对这项研究做出了贡献。
皮克-
编辑报告:下面是论文摘要。
代谢工程和合成生物学中基于转录因子的设计型大环内酯生物传感器的开发
作者:Christian Kasey, Mounir Zerrad, Yiwei Li, Gavin Williams, North Carolina State University;阿什顿·克洛普，弗吉尼亚联邦大学
发表:ACS合成生物学
DOI:10.1021 / acssynbio.7b00287
文摘:
大环内酯是一类具有广泛和强大生物活性的天然产物，由I型聚酮合成酶(pks)和相关的酶机制生物合成。大环内酯类和非天然大环内酯类衍生物在药物发现、药物生产和探针开发等方面有着迫切的需求。通常，大环内酯和大环内酯类似物在各种微生物宿主中的生物合成受到大环内酯生物合成途径的复杂性和我们对I型pks和后pks机制的合理重编程能力的限制。基于合成生物学和定向进化的高通量方法可以通过测试大型变异库的功能来克服这个问题。然而，能够识别产生所需大环内酯靶标的突变酶、途径和菌株的方法通常还没有。本研究表明，大环内酯敏感转录因子MphR是具有定制特性的工程变体的强大平台。我们确定了对红霉素敏感性提高的变异，调整了诱导剂的特异性，并显著提高了对野生型MphR生物传感器非常差的大环内酯的敏感性。设计大环内酯生物传感器应具有广泛的实用性，并能应用于高通量合成生物学和大环内酯生物合成的定向进化。
