Aktinomiset genomlarında yeni glikopeptid bileşiklerin genetik olarak taranması
Screening of novel glycopeptide compounds in actinomycetes genomes by using genetic tools
Yazar: MEHMET ALİ ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. EBRU İNCE
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Aktinomisetler başta olmak üzere mikroplardan elde edilen doğal ürünler, β-laktamlar, tetrasiklinler, makrolitler, aminoglikozitler, rifamisinler ve glikopeptidler gibi önemli antimikrobiyal ilaç çeşitlerinin kaynağı olmuştur. Yeni antibiyotik keşif çalışmaları yüksek üretim kapasitesine sahip organizmalardan kimyasal ve genetik tarama teknikleri kullanılarak yapılmaktadır. Bunlar içerisinde en güncel metotlardan biri mikroorganizmaların genomlarında yer alan antibiyotik biyosentetik gen kümelerine ait korunmuş genlerin taranmasıdır. Glikopeptid antibiyotikler (GPA), Gram-pozitif bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde uzun süredir ilaç olarak kullanılan ve sadece aktinomisetlerden elde edilen nadir doğal ürünlerdir. Biyosentezleri sırasında; glikozilasyon, halojenasyon, metilasyon gibi modifikasyonlar bu antibiyotik sınıfının kimyasal çeşitliliğinde ve aktivitelerinde önemli rollere sahiptir. Aromatik yan grupların çarpraz bağlanmasından sorumlu monoksijenaz genleri, glikopeptid biyosentezinde görülen bir diğer önemli modifikasyondur. Bu çalışmada, GPA biyosentezinde görev alan monooksijenaz genlerinden oxyC geni, 8 farklı rizosferik Streptomyces izolatında dejenere primerler kullanılarak polimeraz zincir reaksiyonu ile tarandı. Elde edilen amplikon dizileri NCBI (Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi, ABD) veri tabanında Blastx programında homoloji incelemelerine tabi tutuldu. Daha sonra bu MEGA 6.0 programı kullanılarak filogenetik analizleri yapıldı. Yapılan biyoinformatik analizler sonucunda elde edilen monooksijenaz genlerinin gerek GPA gerekse diğer antibiyotik gen kümelerinde bulunan diğer monooksijenazlarla yakın ilişkili olduğu gözlendi. Elde edilen genlerden CA19, CA17, AS36, CA18 ve CS38 izolatlarına ait olanların, Streptomyces lavendulae'ya ait komplestatin gen kümesinde bulunan genlerin homoloğu olan, sırasıyla oxyA ve oxyB genleri ile yakın akraba oldukları görüldü. Bu çalışmada elde edilen genlerin tipik GPA bileşiklerinin biyosentezleri ile ilişkili fakat filogenetik olarak ayrı konumlanması, kullanılan izolatların yeni olmaya aday GPA bileşikleri üretebilme potansiyeline sahip olduklarını göstermektedir.

Abstract:
Microbial natural products, from actinomycetes in particular, have been the sources of the most important antimicrobial drug classes, including the β-lactams, tetracyclines, macrolides, aminoglycosides, rifamycins and glycopeptides. The discovery of new antibiotics has been accomplished by chemically or genetically screening methods from organisms that have potential for production. One of the most current methods used in novel antibiotic screening studies is to search the conserved biosynthetic genes in the antibiotic biosynthetic gene clusters of microorganisms.
Glycopeptide antibiotics (GPA) are natural products from the actinomycetes have long served as drugs of last resort for the treatment of antibiotic-resistant Gram-positive bacterial infections. The chemical diversity of the GPA class is achieved through glycosylation, halogenation, methylation, and acylation of the core. These modifications are improved the solubility, stability and activity of the molecule. Cross-linking of aromatic side chains by monooxygenases is another necessary modification in GPA biosynthesis. In order to assess the presence of the GPA biosynthetic systems in 8 local Streptomyces strains, it was used the degenerate primers for amplification of a monooxygenase gene, oxyC. PCR products were cloned and sequenced. Translated protein sequences were compared with those in databases through the NCBI (National Center for Biotechnology Information, US) using BLASTx program. Sequences were aligned using multiple sequence alignment tools from Clustal W in MEGA 6.0 package. According to the bioinformatic analysis, different monooxygenase genes belong to both glycopeptide or other antibiotics were determined. The phylogenetic analysis showed that the genes obtained in this study were most closely related to oxyA (CA19, CA17, AS36 and CA18) and oxyB (CS38) genes of the GPA complestatin from Streptomyces lavendulae. The Streptomyces isolates used in this study are promising candidates to look for novel GPA and other natural products.