用于真菌的高效基因编辑工具显着加快了新药发现的步伐

任何参加过鸡尾酒会的人都会告诉你，摆脱压抑会让你更健谈，也可能更容易泄露秘密。事实证明，真菌在这方面与人类没有什么不同。

莱斯大学化学和生物分子工程师XueSherryGao和合作者使用一种同时修改真菌基因组中多个位点的方法，诱使真菌揭示它们最保守的秘密，从而加快新药发现的步伐。

这是首次将多重碱基编辑(MBE)技术用作挖掘真菌基因组以寻找医学上有用的化合物的工具。与单基因编辑相比，MBE平台在等效实验设置中将研究时间缩短了80%以上，从估计的三个月缩短到大约两周。

真菌和其他生物体会产生具有生物活性的小分子，例如青霉素，以保护自己免受病原体的侵害。这些具有生物活性的天然产物(NP)可用作药物或用作设计新药的分子蓝图。

使用MBE技术，莱斯大学布朗工程学院的Gao实验室诱导真菌产生更多的天然化合物，包括一些以前不为科学界所知的化合物。

该研究发表在美国化学学会杂志上。

碱基编辑是指使用基于CRISPR的工具来修改DNA螺旋梯中称为碱基对的梯级。以前，使用碱基编辑的基因修饰必须一次进行一个，这使得研究过程更加耗时。“我们创造了一种新机器，使碱基编辑能够在多个基因组位点上工作，因此‘多重’，”高说。

莱斯大学的工程师使用碱基编辑来改变构巢曲霉真菌菌落的色素沉着。图片来源：高实验室/莱斯大学

Gao和她的团队首先通过靶向一种称为构巢曲霉(Aspergillusnidulans)的真菌菌株中的色素编码基因来测试他们新的碱基编辑平台的功效。启用MBE的基因组编辑的有效性和精确性在构巢曲霉菌落显示的颜色变化中显而易见。

“对我来说，真菌基因组是一个宝藏，”高说，他指的是真菌衍生化合物的巨大医学潜力。“然而，在大多数情况下，真菌在实验室中‘保持自我’，不会产生我们正在寻找的具有生物活性的小分子。换句话说，我们感兴趣的大多数基因或生物合成基因簇都是‘神秘的，'意味着它们没有充分发挥生物合成潜力。

“指导生物体产生这些医学上有用的化合物的遗传、表观遗传和环境因素在真菌中极为复杂，”高说。在MBE平台的支持下，她的团队可以轻松删除几个限制生物活性小分子生产的调控基因。“我们可以观察到消除那些使生物合成机器沉默的因素的协同效应，”她说。

解除抑制后，经过改造的真菌菌株会产生更多的生物活性分子，每个分子都有自己独特的化学特征。在一次测定中产生的30种NP中有5种是以前从未报道过的新化合物。

“这些化合物可能是有用的抗生素或抗癌药物，”高说。“我们正在弄清楚这些化合物的生物学功能是什么，我们正在与贝勒医学院的小组合作进行药理学小分子药物的发现。”

高的研究探索真菌基因组以寻找合成NP的基因簇。“美国食品和药物管理局批准的大约50%的临床药物是NP或NP衍生物”，而真菌衍生的NP“是一种重要的药物来源，”她说。青霉素、洛伐他汀和环孢菌素是源自真菌NP的药物的一些例子。