Integrative Multidisciplinary Discovery Platform to Unlock Marine Natural Products Therapeutic Opportunities

综合多学科发现平台释放海洋天然产品治疗机会

基本信息

  • 批准号:
    10669734
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 176.06万
  • 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:
    2022-08-01 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY We have assembled an entirely Florida-centric collaborative research team with collective expertise in microbial natural products chemistry and pharmacology, genomics, bacterial enzymology, bioinformatics, synthetic biology, chemical synthesis, and cyanobacterial and sponge chemical ecology and phylogenetics. The team is complemented by an out-of-state expert in metagenomics and bioinformatics integration. This geographical cluster of expertise being in the state with the greatest marine biodiversity in the continental US provides a dual benefit and unique opportunity to explore systems that are likely to hold some of the most promise in terms of biosynthetic potential: marine cyanobacterial communities, consisting of benthic filamentous cyanobacteria that are associated with unique microbial diversity, and sponges and their associated rich and unique microbiome in a local hotspot of biodiversity. Compounds produced by these communities are known to cover therapeutically relevant chemical space and are therefore suited as starting points for drug discovery. In a targeted fashion, we will obtain high quality (meta)genome and (meta)transcriptome sequence information from sponge-associated microbiomes and cyanobacteria using state-of-the-art sequencing techniques. We will build an integrated, multi- component platform that leverages existing bioinformatics tools and newly developed artificial intelligence-based tools to shine new light at their genomes with the goal of identifying novel biosynthetic gene clusters, particularly those unattainable with current tools, and even chemical skeletons. We will express natural products encoded by the clusters by employing five types of complementary synthetic biology systems that we have strategically developed over the past several years. These systems originating from five bacterial phyla commonly associated with both marine cyanobacterial and sponge samples cover diverse genetic backgrounds and are expected to effectively translate the identified genetic information of a variety of organisms into chemicals with proper system optimization. We will evaluate and analyze metabolites and expression profiles using LC-MS-based metabolomics and NMR and characterize associated new enzymology. Natural products derived from chemical extract and fraction libraries and those generated through our expression systems or chemical synthesis will be tested in our multidimensional screening platform, consisting of unbiased phenotypic assays in various in vitro and in vivo models as well as experimental and computational target-based functional assays. This approach will enable us to capture a broad array of activities from expressed and unexpressed genes. Selected bioactive natural products will be scaled by chemical synthesis, and bioprobes and enzyme substrates will be prepared for in-depth biological studies and enzymology research, respectively. Successful completion of these aims by our established multidisciplinary investigator team should deliver promising therapeutically important drug leads and tool compounds through thoroughly exploring marine organisms while addressing the current major limitations of natural products drug discovery over the next ten years.
项目概要 我们组建了一个完全以佛罗里达州为中心的合作研究团队,拥有微生物方面的集体专业知识 天然产物化学与药理学、基因组学、细菌酶学、生物信息学、合成 生物学、化学合成、蓝藻和海绵化学生态学和系统发育学。该团队是 由宏基因组学和生物信息学整合方面的州外专家进行补充。这个地理 位于美国大陆海洋生物多样性最丰富的州的专业知识集群提供了双重优势 好处和独特的机会来探索可能在以下方面最有希望的系统 生物合成潜力:海洋蓝藻群落,由底栖丝状蓝藻组成, 与独特的微生物多样性有关,海绵及其相关的丰富而独特的微生物组 当地生物多样性热点地区。已知这些群落产生的化合物具有治疗作用 相关的化学空间,因此适合作为药物发现的起点。我们以有针对性的方式 将从海绵相关的高质量(元)基因组和(元)转录组序列信息 使用最先进的测序技术对微生物组和蓝藻进行研究。我们将建设一个综合性、多元化的 利用现有生物信息学工具和新开发的基于人工智能的组件平台 为基因组带来新光的工具,目的是识别新的生物合成基因簇,特别是 现有工具甚至化学骨架无法实现的目标。我们将编码表达天然产物 通过采用我们战略性拥有的五种互补合成生物学系统来进行集群 经过过去几年的发展。这些系统起源于通常相关的五个细菌门 海洋蓝藻和海绵样本涵盖不同的遗传背景,预计 通过适当的系统有效地将已识别的多种生物体的遗传信息转化为化学物质 优化。我们将使用基于 LC-MS 的方法评估和分析代谢物和表达谱 代谢组学和核磁共振并表征相关的新酶学。化学衍生的天然产品 提取物和级分文库以及通过我们的表达系统或化学合成生成的文库将 在我们的多维筛选平台中进行了测试,包括各种体外无偏表型测定 和体内模型以及基于实验和计算目标的功能测定。这种做法 将使我们能够捕获表达和未表达基因的广泛活动。精选生物活性 天然产物将通过化学合成进行规模化,并制备生物探针和酶底物 分别进行深入的生物学研究和酶学研究。成功完成这些目标 我们建立的多学科研究团队应该提供有希望的、具有重要治疗意义的药物先导化合物 和工具化合物,通过彻底探索海洋生物,同时解决当前的主要问题 未来十年天然产物药物发现的局限性。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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