Redefining Fermentation Parameters in Natural Products Drug Discovery

重新定义天然产物药物发现中的发酵参数

基本信息

  • 批准号:
    10689269
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-23 至 2026-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY The discovery of antibiotics from soil microbes is widely regarded as one of the most significant achievements in modern medicine, enabling many important medical procedures including surgery and cancer chemotherapy. However, antibiotic resistance is approaching such a critical level that we are facing an eminent public health disaster where many significant medical advancements may no longer be possible. There is an urgent need to develop and/or discover novel classes of antibiotics, especially antibiotics that are active against high-priority Gram-negative pathogens. Natural products have served as the scaffold for the vast majority of our current antibiotics, and recent advances in genomics, metagenomics, and metabolomics clearly indicate that there is still a vast wealth of biosynthetic potential encoded in bacterial genomes that could produce novel antibiotics. Unfortunately, identifying a novel biosynthetic gene clusters (BGCs) in a genome provides us with very little information about the chemical nature of the natural product it might produce. Thus, the field of natural product discovery, and consequently the field of antibiotic discovery, faces two major obstacles: how do we quickly and efficiently identify strains that have the potential to produce desirable novel compounds from “silent” BGCs and then how do we consistently induce the expression of these BGCs to characterize the compounds they produce. The induction of silent BGCs that produce antibiotics is likely context or community dependent, especially given the self-harming effects of antimicrobial compounds. Our previous work has validated a method for identifying microbes that produce antimicrobial compounds from silent BGCs, and this proposal describes methods for optimizing single- and mixed-culture fermentation conditions to consistently produce these compounds. In the research aims, we propose two complementary approaches to develop reproducible and scalable fermentation conditions that can broadly stimulate silent antibiotic production, which is often a rate limiting step in the field of natural products chemistry. Aim 1 will expand on our observations that microbes increase the production of antimicrobial compounds when grown in otherwise nutrient-limited media where complex polysaccharides are their dominant carbon source. Aim 2 will use co-culture to manipulate microbial physiological prior to fermentation. We expect that our optimized culture conditions will enable us to obtain natural product extracts that contain sufficient compound for feature-based molecular networking (FBMN) analyses to dereplicate antimicrobial compounds prior to activity-guided purification and structural elucidation of bioactive compounds (Aim 3).
项目摘要 从土壤微生物中发现抗生素被广泛认为是最重要的成就之一 在现代医学中,能够实现许多重要的医疗程序,包括手术和癌症 化学疗法。但是,抗生素耐药性接近至关重要的水平,我们正面临着重要的 公共卫生灾难可能不再可能发生许多重大医学进步。有一个 迫切需要开发和/或发现新颖的抗生素类,尤其是活跃的抗生素 针对高优先级革兰氏阴性病原体。天然产品已成为疫苗的脚手架 我们目前的大多数抗生素,以及基因组学,宏基因组学和代谢组学的最新进展清楚 表明在细菌基因组中仍然存在大量的生物合成潜力 产生新颖的抗生素。不幸的是,识别基因组中的新型生物合成基因簇(BGC) 为我们提供有关其可能产生的天然产品的化学性质的很少信息。那, 天然产品发现的领域,因此是抗生素发现的领域,面临两个主要的 障碍:我们如何快速有效地识别具有产生理想小说的潜力的菌株 来自“沉默” BGC的化合物,然后我们如何始终影响这些BGC的表达 表征它们产生的化合物。产生抗生素的无声BGC的诱导可能是 上下文或社区依赖性,特别是考虑到抗菌化合物的自我伤害作用。我们的 以前的工作已经验证了一种鉴定微生物产生抗菌化合物的方法 沉默的BGC,该提案描述了优化单个和混合文化发酵的方法 始终产生这些化合物的条件。在研究目的中,我们建议两个完整 开发可再现和可扩展发酵条件的方法,可以广泛刺激无声 抗生素生产通常是天然产品化学领域的速率限制步骤。目标1意志 扩展我们的观察结果,即微生物在生长时会增加抗菌化合物的产生 否则,营养有限的培养基是它们的主要碳源。 AIM 2意志 在发酵之前使用共培养来操纵微生物生理。我们期望我们优化的文化 条件将使我们获得含有足够化合物的基于功能的自然产品提取物 分子网络(FBMN)分析在活性引导之前对抗菌化合物进行抗菌化合物 生物活性化合物的纯化和结构阐明(AIM 3)。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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    $ 15万
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