تولید پپتید میکروبی در روده پستانداران، کشف مسیری جدید

محققان یک مسیر چند مرحله ای جدید کشف کرده اند که از طریق آن باکتری های موجود در روده پستانداران تولید پپتید میکروبی می کنند.

محققان دپارتمان شیمی دانشگاه پرینستون یک مسیر چند مرحله ای جدید کشف کرده اند که از طریق آن باکتری های موجود در روده پستانداران پپتیدهای ضد میکروبی تولید می کنند.

مسیر بیوسنتزی که به تازگی شناسایی شده است، یک پپتید بیولوژیکی خنثی را به آنتی بیوتیک های ساختاری پیچیده تبدیل می کند که آن را انتروپپتین می نامند. انتروپپتین ها دسته ای از محصولات طبیعی پپتیدی سنتز شده از طریق ریبوزوم ها هستند که به آنها RiPPs گفته می شود. ساختار هسته این محصولات ریبوزومی به 20 اسید آمینه متعارف محدود می شود اما اخیرا، آزمایشگاه پروفسور Mo متالوآنزیم های جدیدی را کشف و ویژگی یابی کرده که قادر به تبدیل آرژنین که یک اسید آمینه معمول است به N-methylornithine، که یک اسید آمینه غیر متعارف است در ساختار انتروپپتین ها می باشد. این اولین گزارش از یک محصول طبیعی RiPP است که حاوی این اسید آمینه غیر معمول است. مقاله آزمایشگاه با عنوان «کشف هدایت‌شده با بیوسنتز، انتروپپتین‌ها را به‌عنوان ساکتی‌پپتیدهای جایگزین حاوی N-methylornithine نشان می‌دهد» در سال 2022 در مجله Nature Chemistry منتشر شد.

کنزی کلارک، نویسنده اول مقاله و دانشجوی سابق فارغ التحصیل در آزمایشگاه Mo، اکتشافات اصلی را توضیح داد. کلارک گفت: “روش کار این مسیر به این صورت است که ریبوزوم یک پپتید پیش‌ساز می‌سازد، که سپس متالوآنزیم‌های کدگذاری شده در همان خوشه ژنی روی آن اثر می‌گذارند.” در واقع مجموعه‌ای از متالوآنزیم‌ها  آرژنین را به روشی گام‌به‌گام به N-methylornithine تبدیل می‌کنند تا انتروپپتین تولید کنند.

“نکته جالب این است که پپتید به تنهایی و قبل از پردازش هیچ گونه فعالیت بیولوژیکی را نشان نمی دهد. اما هنگامی که این تغییرات را اضافه کنید، به یک مولکول زیستی فعال تبدیل می شود که به شدت از رشد سویه تولید کننده جلوگیری می کند.”

برت کاوینگتون، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه و یکی از نویسندگان مقاله، این یافته را ارزیابی کرد.

او گفت: “این روندی است که ما در مورد بسیاری از محصولات RiPP که کشف کرده‌ایم مشاهده می‌کنیم: آنها فعالیت طیف باریکی فعالیت دارند و تمایل دارند از رشد ارگانیسم سازنده خود جلوگیری کنند.” بسیار جالب است که هر انتروپپتین فقط و فقط انتروکوکوس سازنده آن انتروپپتین را مهار می کند. اینکه چرا این انتروکوک ها یک پپتید آنتی بیوتیکی برای مهار رشد خود می سازند، سؤالی است که ما در حال پیگیری آن هستیم.

کار از طریق خوشه های ژنی

مأموریت Mo Lab این است که محصولات طبیعی باکتریایی جدید را کشف و چگونگی بیوسنتز این محصولات را درک کند.

در سال 2018، آزمایشگاه Mo مقاله‌ای در مجله انجمن شیمی آمریکا (JACS) منتشر کرد که در آن از بیوانفورماتیک برای کشف 600 خوشه ژن RiPP در استرپتوکوک‌ها استفاده کردند، جالب است که در تمام این خوشه های ژنی، آنزیم‌های رادیکال S-adenosylmethionine (rSAM) (یکی از بزرگترین آنزیم‌های طبیعت) مشاهده می شود. این خانواده از آنزیم ها گروهی بزرگ با بیش از 500000 عضو است و بیشتر این آنزیم ها به خوبی شناخته نشده اند.

این آزمایشگاه 600 خوشه ژنی RiPP تازه کشف شده خود را در 16 زیر خانواده و بر اساس توالی های پپتیدی پیش ساز مشابه گروه بندی کرد. آنها در آزمایشگاه روی این خانواده ها کار کردند و در طول مسیر، واکنش های جدید و شیمی جالبی را کشف کردند. کاوینگتون گفت: «این یک رویکرد جدید برای کشف محصول طبیعی است، زیرا شما با خوشه ژن بیوسنتزی شروع می‌کنید و سپس تجزیه و تحلیل عمیق واکنش هر آنزیم را انجام می‌دهید تا تمام دگرگونی‌های مختلف را درک کنید.» سپس، میزبان باکتریایی را برای محصول بالغ جستجو می کنیم، که همه این تغییرات آنزیمی مختلف را در خود جای داده است. این یک رویکرد منحصر به فرد است.

تا کنون، آنها فقط با خوشه هایی کار کرده اند که فقط یک متالوآنزیم را واحد کد می کنند. اما در آخرین پروژه، مسیرهای چند مرحله‌ای با شیمی‌های پیچیده‌تر را هدف قرار گرفته اند که فقط یک واکنش را انجام نمی دهند بلکه سه واکنش توسط سه کلاس مختلف از متالوآنزیم کاتالیز می‌شوند که دو مورد وابسته به آهن و یکی وابسته به منگنز است.

کلارک می‌گوید: «یکی از این متالوآنیم‌ها یک واسطه بسیار واکنش‌پذیر تولید می‌کند که می‌تواند واکنش‌های شیمیایی واقعاً چالش برانگیزی را انجام دهد، برای مثال تشکیل پیوند کربن-کربن در مراکز کربن غیرفعال‌شده. “ایجاد بسیاری از ساختارهایی که این آنزیم ها تولید می کنند برای شیمیدانان مصنوعی بسیار چالش برانگیز است.

کاوینگتون افزود: “این یکی از چیزهایی است که من از کار کردن در آزمایشگاه Mo بیشتر از همه لذت می برم، هیجانی که وقتی بالاخره یکی از این محصولات را کشف می کنید، به شما دست می دهد. تمام کار در محیط in vitro  انجام می شود تا واکنش در لوله آزمایش را درک کنید. و وقتی می بینید که با آنچه در داخل باکتری واقعی می گذرد مطابقت دارد، واقعاً خوشحال کننده است.”

برای مطالعه بیشتر به لینک مقاله مراجعه کنید:

https://www.nature.com/articles/s41557-022-01063-3

آیا شما دوست دارید که وارد دنیای پپتید ها بشید و رابطه ساختار و عملکرد اون ها رو درک کنید. پس حتما بخش دوره های ما رو چک کنید. دوره طراحی پپتید ما می تونه علاقه شما رو به طراحی پپتید به یک تخصص واقعی تبدیل کنه. راستی فکر می کنی انتروپپتین ها که بالاتر در موردشون صحبت کردیم، با چه مکانیسم ساختاری-عملکردی باکتری رو مهار می کنن؟

استفاده از مطالب آکادمی زیستا بدون ذکر منبع مجاز نمی باشد.