Met nieuwe software van de WUR (Wageningen University & Research) is het mogelijk sneller nieuwe antibiotica te vinden. De software krijgt een publicatie in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Nature Chemical Biology.
Dat is belangrijk want de ontdekking van nieuwe antibiotica stokt al jaren. Het aantal bacteriën dat resistent is tegen bestaande antibiotica groeit echter. Met de nieuwe software kun je duizenden genomen tegelijk analyseren. Nu is dat een enkel genoom van een antibiotica-producerend organisme.
Microbiële moleculen
De meeste antibiotica zijn gebaseerd op stofjes gemaakt door bacteriën en schimmels. Zij zetten deze moleculen in om zich te beschermen tegen hun natuurlijke vijanden. Onderzoekers gebruiken deze afweerstoffen vervolgens als nieuwe antibiotica. Hoewel de afgelopen decennia tienduizenden microbiële stofjes zijn ontdekt, is dat slechts een klein deel van de potentiële moleculen dat nog ontdekt kan worden.
Meer kennis van de diversiteit aan chemische structuren van deze zogeheten microbiële metabolieten is essentieel bij de ontwikkeling van antibiotica en antikankermedicijnen. En ook bijvoorbeeld voedingssupplementen. Met de nieuwe software komt die kennis een stap dichterbij.
“Onze software BiG-SCAPE en CORASON (ontwikkeld door en met Mexicaanse collega’s) neemt onderzoekers een hoop werk uit handen.” Dat vertelt Marnix Medema, universitair docent Bioinformatica. “Er zijn inmiddels namelijk zoveel honderdduizenden bacteriële genomen gesequenced (de DNA-code bepaald), dat het voor wetenschappers erg moeilijk is om de onontgonnen metabole diversiteit in kaart te brengen en te weten welke in het laboratorium verder onderzoek verdienen.”
Genome mining
De software helpt bij genome mining. Deze sleuteltechnologie kwam het afgelopen decennium op als nieuwe manier om de diversiteit aan microbiële moleculen te ontdekken en gebruiken. Echter, tot voor kort kon dit alleen op individuele genomen. Dit kostte ontzettend veel tijd en stond een snelle uitbreiding van bijvoorbeeld het aantal beschikbare antibiotica in de weg.
Medema: “Met onze softwareprogramma’s kun je data van grote groepen genomen automatisch analyseren. Daardoor is het mogelijk om razendsnel de diversiteit aan biosynthetische routes in duizenden genomen tegelijk in kaart te brengen door ze met behulp van netwerkanalyse te groeperen in families en hun evolutionaire verwantschappen te ontrafelen. Voor het onderzoek naar antibiotica is dit een enorme sprong voorwaarts.”
Meer natuurlijke producten
Dit heeft grote potentie voor het ontdekken van nieuwe medicinale stoffen. Dit omdat je via de software een enorme diversiteit van natuurlijke moleculen kunt vinden en testen om bijvoorbeeld de beste antibiotica te vinden.
In samenwerking met Amerikaanse onderzoekers hebben de WUR-onderzoekers dit succesvol toegepast om een wijdverbreide familie biosynthetische routes naar ‘anti-antibiotica’ (moleculen die bacteriën beschermen tegen antibiotica) systematisch in kaart te brengen.
Publicatie in Science
De software is ook inzetbaar bij onderzoek naar de natuurlijke rol van microbiële moleculen in de natuur. Zo gebruikten de WUR-onderzoekers de software om, samen met collega’s van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO), te ontrafelen hoe bacteriën die binnen in de wortels van planten leven de plant beschermen tegen ziektes.
Dit gebeurde door de diversiteit van bacteriële biosynthetische routes binnenin de wortel van de plant in kaart te brengen en te identificeren welke routes de plant actief rekruteert bij een aanval door een ziekteverwekkende schimmel. Dit onderzoek is vandaag gepubliceerd in Science.
