Mit der antiSMASH-Datenbank auf der Suche nach interessanten Metaboliten

Wissenschaftler, die mit dem Online-Tool antiSMASH nach interessanten bakteriellen Metaboliten suchen, haben nun die Möglichkeit, eine antiSMASH-Datenbank mit vorberechneten Ergebnissen von fast 25.000 Bakteriengenomen zu nutzen. Diese Datenbank wird die Entdeckung von Antibiotika, Pestiziden und Krebsmedikamenten erleichtern.

Das antiSMASH-Tool kann Forschern helfen, bakterielle Gene zu finden, die für die Biosynthese interessanter Metaboliten wie neuer Antibiotika, Pestizide und Krebsmedikamente verantwortlich sind. Eine neue Datenbank, die Ergebnisse aus dem antiSMASH-Tool sammelt, erleichtert den Vergleich von Tausenden von Bakteriengenomen bei Metaboliten.

„Viele Wissenschaftler suchen nach bakteriellen Stoffwechselprodukten, weil sie nach neuen Antibiotika suchen. In unserer Gruppe suchen wir nach neuen Antibiotika gegen multiresistente Bakterien wie Klebsiella pneumoniae oder Acinetobacter baumannii. Die Gesellschaft braucht dringend neue Antibiotika gegen diese Bakterien, die schwere Sepsis, Harnwegsinfektionen und Lungenentzündungen verursachen“, sagt Kai Blin, Forscher und wissenschaftlicher Softwareingenieur am Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability an der Technical University of Denmark (DTU).

Die Datenbank arbeitet nicht nur für die Entdeckung neuer Antibiotika. Auch die Lebensmittel- und Pharmaindustrie setzt dieses Werkzeug ein, um sicherzustellen, dass Bakterien, die beispielsweise als Probiotika verwendet werden, keine toxischen Verbindungen produzieren.

Die neuesten Verbesserungen der Datenbank wurden nun in der Nucleic Acid Research veröffentlicht.

Interessante Metaboliten sind nicht direkt an dem normalen Wachstum, der Entwicklung oder der Vermehrung des Mikroorganismus beteiligt. Aber die Metaboliten spielen oft eine wichtige Rolle in den Abwehrsystemen des Organismus gegen Raubtiere.

In der Industrie können diese mikrobiellen Metaboliten als Arzneimittel, Aromen und Pigmente eingesetzt werden. Oftmals produzieren Mikroorganismen bei der Beurteilung im Labor nicht automatisch interessante Metaboliten, was die wertvollen Verbindungen für die Wissenschaftler „unsichtbar“ macht – es sei denn, sie schauen in die DNA.

„Zum Beispiel, wenn man weiß, dass ein bestimmtes Bakterium einen Metaboliten produziert, aber gleichzeitig der Organismus nicht kultiviert werden kann und man daher weiter studieren kann, kann man über die Datenbank nach dem gleichen versteckten Metaboliten in anderen Bakterien suchen“, sagt Kai Blin.

Die Wissenschaftler haben das antiSMASH-Online-Tool in den letzten sieben Jahren entwickelt und verbessert, und es läuft jetzt mehr als 100.000 Aufgaben pro Jahr und hat über 2500 Zitate.

Aber die Wissenschaftler entdeckten, dass viele antiSMASH-Anwender die gleichen Genome betrieben und nach den gleichen Ergebnissen suchten. Dies war für den Anwender sehr zeitaufwendig, da jeder Lauf bis zu mehreren Stunden dauert. Deshalb haben sich die Forscher und Softwareentwickler entschlossen, die antiSMASH-Datenbank aufzubauen, die alle vorberechneten Ergebnisse sammelt.

„Das bedeutet, dass der Anwender die Ergebnisse sofort haben kann und nicht stundenlang warten oder diese Arbeit manuell erledigen muss, was Tage oder Wochen dauern würde“, sagt Kai Blin.

Die interessanten Metaboliten werden von sogenannten biosynthetischen Genclustern, BGCs, kodiert, die die Datenbank identifizieren soll. antiSMASH verwendet einen regelbasierten Cluster-Detektionsansatz, um 45 verschiedene Arten von interessanten Metaboliten zu identifizieren.

Die neueste Version der antiSMASH-Datenbank enthält 6.200 vollbakterielle Genome, was einer Steigerung von 58 Prozent gegenüber der Version 1 entspricht. Außerdem wurden 18.576 sogenannte Entwurfsgenome hinzugefügt.

Ganz wichtig ist, dass das Update auch verschiedene Abfragemöglichkeiten für den Zugriff auf die BGS’s enthält. Die Software-Ingenieure haben der Version 2 auch einen Redundanzfilter hinzugefügt, was bedeutet, dass die Datenbank anstelle von Ergebnissen für Hunderte von Stämmen mit nahezu identischen Sequenzen nur Ergebnisse aus dem besten Genom anzeigt. Die Datenbank ist Open Source, kostenlos und einfach zu bedienen, auch für Nicht-Programmierer.

Mehr Informationen:
Kai Blin et al, The antiSMASH database version 2: a comprehensive resource on secondary metabolite biosynthetic gene cluster, Nucleic Acids Research (2018). DOI: 10.1093/nar/gky1060

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