BIOSINTEZA AKTINOPLANSKE KISLINE V STREPTOMYCES RAPAMYCINICUS

Aktinobakterije ponujajo neverjetno bogastvo biosinteznih poti za bioaktivne spojine. Genetika, biokemija in bioloska aktivnost sekundarnih metabolitov so bile najveckrat preucevane individualno, na ravni ene spojine. Napredek pri dolocanju zaporedja genomov ter rudarjenju za sekundarnimi metaboliti je omogocil, da danes rutinsko najdemo >50 genskih gruc za sekundarne metabolite v vsakem genomu, vendar pa slabo razumemo strateski pomen in delovanje tega velikega arzenala. Po odkritju signaliziranja preko kompleksov TOR, se je rapamicin izkazal kot nepogresljivo orodje, tako pri raziskavah celicne biologije kot v klinicnih 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. Dolocitev strukture je razkrila, da gre za aktinoplansko kislino A in njen dezmetilni analog. Aktinoplanske kisline so bile izolirane sredi 90. let in okarakterizirane kot mocni 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 se na enem sekundarnem metabolitu, glivnem toksinu fumonizinu. Pri tem so aktinoplanske kisline edinstvene se v tem, da pri njih trikarbalilna skupina tvori dvojni lakton z delom poliketidne verige. Z rudarjenjem genoma in s pomocjo unikatne strukture teh spojin smo odkrili gensko gruco, ogovorno za biosintezo aktinoplanskih kislin. S pomocjo molekularnih orodij CRISPR, ki smo jih razvili za ta organizem, in bioinformatskih napovedi, smo dolocili biosintezno pot aktinoplanskih kislin. To je prvi bakterijski primer vgradnje redke trikarbalilne skupine v sekundarni metabolit. Nasi rezultati kažejo, da se poliketidno jedro teh spojin acilira preko netipicnega formiranja estra s pomocjo peptidne sintetaze s socasno redukcijo akonitilnega zacetnega bloka. Vpleteni encimi so filogenetsko oddaljeni od drugih primerov peptidnih sintetaz, ki tvorijo estre, vkljucno 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 gruci za rapamicin ter aktinoplanske kisline brez izjeme so-nahajata na genomih treh znanih producentov rapamicina. To je vodilo v odkritje sinergisticne protiglivne aktivnosti teh dveh sekundarnih metabolitov. Sinergija in komplementirajoce delovanje v svetu sekundarnih metabolitov sta poznana že vec desetletij, vendar so ti pojavi ostali v veliki meri neizkorisceni. Rudarjenje genomov za evolucijsko ohranjeno so-nahajanje genskih gruc bi zelo verjetno pripeljalo do novih nizov sekundarnih metabolitov, ki delujejo na vec tarc pri »sovražniku«. Taki primeri lahko služijo kot nacrt za razvoj novih kombinacijskih terapij v medicini.