Nauji tyrimai nustato metabolinius tikslus kovojant su antibiotikams atspariomis bakterinėmis infekcijomis

Nauji tyrimai nustato metabolinius tikslus kovojant su antibiotikams atspariomis bakterinėmis infekcijomis

Tyrimas parodo, kaip specifinių patogenų specifinių medžiagų apykaitos takų taikymas gali padėti sukurti tikslius antibiotikus ir padėti išspręsti atsparumą antimikrobinėms medžiagoms.

Neseniai paskelbtame tyrimePLOS biologijaPateiktiGrupė tyrėjų nustatė nišai būdingus metabolinius fenotipus ir esminius patogenų genus, naudodama genomo (žanrų) metabolines rekonstrukcijas, parodydama jų potencialą kuriant tikslinę antimikrobinę terapiją.

fone

Bakteriniai patogenai yra atsakingi už didelį mirtingumą visame pasaulyje – 16 % mirčių visame pasaulyje ir 44 % mažų išteklių reikalaujančiose aplinkose. Kadangi yra daugiau nei 500 žinomų su žmonėmis susijusių patogenų, didėjantis atsparumas antimikrobinėms medžiagoms tampa vis sunkiau.

Nukreipimas į medžiagų apykaitos kelius, būdingus konkrečioms fiziologinėms nišoms, yra perspektyvi alternatyva plataus spektro antibiotikams ir gali sumažinti atsparumo vystymąsi. Evoliuciniai reiškiniai, tokie kaip natūrali atranka ir konvergentinė evoliucija, gali turėti įtakos patogenų metaboliniams fenotipams įvairiose nišose, tačiau šie ryšiai lieka nepakankamai išnaudojami.

Didelio našumo žanrai gali atskleisti nišai būdingus metabolinius požymius ir atverti kelią naujoms, tikslinėms antimikrobinėms terapijoms. Norint patvirtinti, reikia atlikti tolesnius tyrimus.

Apie studiją

Bakterijų genomo sekos iš Bakterijų ir virusų bioinformatikos išteklių centro (BV-BRC) 3.6.12 versijos duomenų bazės buvo filtruojamos pagal kokybę, išsamumą ir žmogaus šeimininko kilmę. Įtraukimo kriterijai reikalauja, kad genomai būtų bent 80 % užbaigti, teršalų lygis būtų mažesnis nei 10 % ir labai atitiktų žinomas baltymų sekas.

Metaduomenimis pagrįstos atrankos sekos su išsamiomis anotacijomis, užtikrinančiomis tikslią tolesnio srauto analizę. Šis procesas davė 914 unikalių genomo sekų, kurios buvo anotuotos naudojant greitą anotaciją naudojant posistemės technologiją (RAST) 2.0 versiją ir rekonstruotos į žanrus naudojant rekonstruktorių algoritmą. Lyginamoji analizė su MEMOTE (Metabolic Model Testing) įrankiu patvirtino rekonstruotų modelių kokybę.

Buvo sukurta reakcijos buvimo matrica, skirta analizuoti metabolinį kintamumą ir klasifikuoti reakcijas į pagrindines, pagalbines ir unikalias kategorijas. Histograma atskleidė 232 atsakus, būdingus vienai padermei, pabrėždama medžiagų apykaitos funkcijų įvairovę tarp patogenų.

Srauto balanso analizė (FBA) buvo atlikta visiems žanrams, po to matmenų sumažinimas naudojant T-Distributed Stochastic Neighbor Embedding (T-SNE) vizualizacijai. Šis metodas išryškino taksonominį ir nišai būdingą grupavimą ir patvirtino 10 upių mėginių naudojimą kiekvienam žanrui veiksmingai analizei.

Esminiai genai buvo identifikuoti naudojant FBA pagrįstą vieno geno išmušimą, išskiriant nišai būdingus genus. Timidilato sintazės X genas(tiksas)Akivaizdžiai svarbus skrandžio izoliatams, buvo užpultas junginiu Lawone.

Eksperimentinis patvirtinimas naudojant mikrobų augimo tyrimus patvirtino jų veiksmingumą, palaikydamas skaičiavimo prognozes ir parodydamas nišai būdingų antimikrobinių strategijų potencialą.

Studijų rezultatai

Siekiant užfiksuoti funkcinių metabolinių fenotipų įvairovę tarp bakterijų patogenų, buvo sukurta 914 in silico žanrų, apimančių 345 rūšis devyniose bakterijų grupėse. Šios rekonstrukcijos, sukurtos automatizuotu vamzdynu, apima daugiau nei milijoną kombinuotų reakcijų, genų ir metabolitų.

Vidutiniškai kiekviename modelyje yra apie 1500 genų, reakcijų ir metabolitų. Genų kolekcija, vadinama patogeno genomo tinklo rekonstrukcija (Pathgenn), yra pirmasis aukštos kokybės visų žinomų su žmonėmis susijusių bakterijų patogenų metabolinių rekonstrukcijų rinkinys.

Modeliai buvo sukurti naudojant viešai prieinamas genomo sekas iš Bakterijų ir virusų bioinformatikos išteklių centro (BV-BRC), o jų kokybė buvo patvirtinta naudojant „Memote“ lyginamąją analizę, patvirtinant vidutinį 84% balą, o tai rodo didelę biologinę reikšmę.

Pathgenn suteikia vertingų įžvalgų apie patogenų metabolizmą, skirstydamas metabolines reakcijas į pagrindines (> 75 % žanrų), pagalbines (25–75 %) arba unikalias (<25 %). Reakcijos anotacija atskleidė, kad unikalios reakcijos dažnai apima terpenoidų, poliketidų ir ksenobiotinių medžiagų apykaitą, kurios yra susijusios su vaistų metabolizmu ir atsparumu antimikrobinėms medžiagoms.

Analizė taip pat parodė, kad metabolinių fenotipų grupavimas atitinka tiek taksonominę klasę, tiek fiziologinę nišą, pabrėžiant evoliucijos istorijos ir aplinkos spaudimo poveikį medžiagų apykaitos funkcijai.

Susitelkęs į tyrimąThyxkuri koduoja timidilato sintazę. Šis fermentas, itin svarbusDezoksiribonukleino rūgštisŽmonėms trūksta (DNR) sintezės, todėl tai yra perspektyvus antimikrobinių medžiagų vystymosi tikslas.

LawSone, žinomas inhibitoriusThyxbuvo išbandytas jo gebėjimas selektyviai slopinti skrandžio patogenų augimą. Eksperimentinis patvirtinimas parodė, kad LawSone veiksmingai slopino su skrandžiu susijusių patogenų augimą, nepaveikdamas su skrandžiu nesusijusių izoliatų, palaikydamas skaičiavimo prognozes ir tikslinės antimikrobinės terapijos galimybes.

Rezultatai išryškina fiziologinių nišų panaudojimo galimybes kuriant konkrečios vietos antimikrobines strategijas. Nukreipimas į išskirtinai esminius genus, kuriais dalijasi patogenai konkrečioje aplinkoje, gali sumažinti priklausomybę nuo plataus spektro antibiotikų ir kovoti su antimikrobiniu atsparumu.

Išvados

Apibendrinant galima pasakyti, kad dėl atsparumo antimikrobinėms medžiagoms krizės reikia novatoriškų strategijų, kad būtų galima nustatyti naujus arba pakartotinai pritaikytus gydymo būdus. Naudojant genominius duomenis ir modabolinį tinklo modeliavimą, šis tyrimas nustatėThyxnišai būdingas esminis genas, kaip perspektyvus antimikrobinis taikinys skrandžio patogenams.

914 žanrų kolekcija suteikė vertingų įžvalgų apie patogenų metabolizmą. Patvirtinimo eksperimentai patvirtino, kad Lawsone, aThyxInhibitorius selektyviai slopino skrandžiui būdingus patogenus, nepaveikdamas ne skrandžio izoliatų.

Šis metodas išryškina tikslinių, konkrečiai vietai skirtų antimikrobinių vaistų terapijos potencialą siekiant išspręsti atsparumo problemas.

Šaltiniai: