Исследователи из Имперского колледжа Лондона, Оксфордского университета и Международного центра по сельскому хозяйству и бионаукам (Centre for Agriculture and Bioscience International, CABI) успешно секвенировали геном исходного штамма плесневого грибка пеницилла, из которого Александр Флеминг впервые в истории получил пенициллин.
Флеминг работал в Медицинской школе Больницы святой Марии, которая сейчас входит в состав Имперского колледжа Лондона. В 1928 году один из образцов изучаемых им культур бактерий случайно зарос плесенью, и Флеминг заметил, что плесень вызвала гибель бактерий. Это наблюдение привело к открытию им пенициллина. Плесневый грибок, ставший причиной открытия, тогда относился к виду Penicillium notatum, позже он был определен как Penicillium chrysogenum, а в наши дни носит название Penicillium rubens. Позже для промышленного производства антибиотика были использованы штаммы этого же грибка из США.
Замороженный образец плесени, с которой работал Флеминг, хранится в коллекции культур CABI. «Изначально мы намеревались использовать грибок Александра Флеминга для других экспериментов, но, к нашему удивлению, поняли, что никто не секвенировал геном этого оригинального Penicillium, несмотря на его историческое значение», — говорит профессор Тимоти Барраклаф (Timothy Barraclough). Исследователи сравнили геном этого штамма с двумя высокопроизводительными промышленными штаммами Penicillium rubens, которые используются сейчас, а также с близкородственным видом Penicillium nalgiovense. Они рассмотрели два типа генов: те, что кодируют ферменты, нужные для синтеза пенициллина, и гены, которые регулируют работу этих ферментов, например, контролируя их количество. Регуляторные гены имели один и тот же генетический код во всех штаммах, но штаммы США имеют больше копий регуляторных генов, что помогает им производить больше пенициллина.
Гены же, ответственные за производство ферментов, различались. «Это показывает, что дикие пенициллы в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах эволюционировали естественным путем, чтобы производить несколько разные версии этих ферментов, — объясняют авторы исследования. — Плесневые грибы, такие как пенициллы, вырабатывают антибиотики для борьбы с микробами, и они постоянно участвуют в гонке вооружений, поскольку микробы находят способы уклоняться от этой защиты. Штаммы Великобритании и США, вероятно, эволюционировали по-разному, чтобы адаптироваться к местным микробам».
Айуш Патхак (Ayush Pathak) из Имперского колледжа Лондона считает, что полученные результаты могут быть использованы для борьбы с бактериями, получившими устойчивость к антибиотикам. «Промышленное производство пенициллина было сосредоточено на количестве продукта, и шаги, используемые для искусственного улучшения производства, привели к изменениям в количестве генов. Но, возможно, промышленные методы могли упустить некоторые решения для оптимизации дизайна пенициллина, и мы можем извлечь уроки из естественных реакций на эволюцию устойчивости к антибиотикам», — объясняет он.
Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
