BIOSINTEZA AKTINOPLANSKE KISLINE V STREPTOMYCES RAPAMYCINICUSMrak, Peter (Avtor) Žgur Bertok, Darja (Mentor) aktinoplanska kislinarapamicinsinergijabiosintezaaktinobakterijesekundarni metabolizemnaravni produktpoliketidna sintazapeptidna sintetazatrikarbalilna skupinaAktinobakterije ponujajo neverjetno bogastvo biosinteznih poti za bioaktivne spojine. Genetika, biokemija in biološka aktivnost sekundarnih metabolitov so bile največkrat preučevane individualno, na ravni ene spojine. Napredek pri določanju zaporedja genomov ter rudarjenju za sekundarnimi metaboliti je omogočil, da danes rutinsko najdemo >50 genskih gruč za sekundarne metabolite v vsakem genomu, vendar pa slabo razumemo strateški pomen in delovanje tega velikega arzenala. Po odkritju signaliziranja preko kompleksov TOR, se je rapamicin izkazal kot nepogrešljivo orodje, tako pri raziskavah celične biologije kot v kliničnih aplikacijah. Med raziskavami sekundarnega metaboloma producenta rapamicina, Streptomyces rapamycinicus, smo opazili akumuliranje dveh spojin, ki sta nesorodni do sedaj opisanim sekundarnim metabolitom iz tega organizma. Določitev strukture je razkrila, da gre za aktinoplansko kislino A in njen dezmetilni analog. Aktinoplanske kisline so bile izolirane sredi 90. let in okarakterizirane kot močni in selektivni inhibitorji Ras protein-farnezil transferaz, vendar pa so ostale neraziskane v smislu njihovega biosinteznega izvora. Kemijska zgradba teh poliketidov vsebuje izjemno redko trikarbalilno skupino, ki jo danes lahko najdemo samo še na enem sekundarnem metabolitu, glivnem toksinu fumonizinu. Pri tem so aktinoplanske kisline edinstvene še v tem, da pri njih trikarbalilna skupina tvori dvojni lakton z delom poliketidne verige. Z rudarjenjem genoma in s pomočjo unikatne strukture teh spojin smo odkrili gensko gručo, ogovorno za biosintezo aktinoplanskih kislin. S pomočjo molekularnih orodij CRISPR, ki smo jih razvili za ta organizem, in bioinformatskih napovedi, smo določili biosintezno pot aktinoplanskih kislin. To je prvi bakterijski primer vgradnje redke trikarbalilne skupine v sekundarni metabolit. Naši rezultati kažejo, da se poliketidno jedro teh spojin acilira preko netipičnega formiranja estra s pomočjo peptidne sintetaze s sočasno redukcijo akonitilnega začetnega bloka. Vpleteni encimi so filogenetsko oddaljeni od drugih primerov peptidnih sintetaz, ki tvorijo estre, vključno s tistimi, ki sodelujejo v biosintezi fumonizinov. Zanimivo je, da sta se kljub redki kemiji in podobnim biosinteznim principom obe poti verjetno razvili neodvisno. Preko raziskovanja biosintezne poti za aktinoplanske kisline smo opazili, da se genski gruči za rapamicin ter aktinoplanske kisline brez izjeme so-nahajata na genomih treh znanih producentov rapamicina. To je vodilo v odkritje sinergistične protiglivne aktivnosti teh dveh sekundarnih metabolitov. Sinergija in komplementirajoče delovanje v svetu sekundarnih metabolitov sta poznana že več desetletij, vendar so ti pojavi ostali v veliki meri neizkoriščeni. Rudarjenje genomov za evolucijsko ohranjeno so-nahajanje genskih gruč bi zelo verjetno pripeljalo do novih nizov sekundarnih metabolitov, ki delujejo na več tarč pri »sovražniku«. Taki primeri lahko služijo kot načrt za razvoj novih kombinacijskih terapij v medicini.20192019-03-18 11:42:04Doktorsko delo/naloga106814VisID: 11510COBISS_ID: 299658496sl