Published September 23, 2015
| Version v1
Publication
Open
Designing and Implementing an Assay for the Detection of Rare and Divergent NRPS and PKS Clones in European, Antarctic and Cuban Soils
Creators
- 1. University of Warwick
- 2. British Antarctic Survey
- 3. Natural Environment Research Council
- 4. Center of Molecular Immunology (Cuba)
Description
The ever increasing microbial resistome means there is an urgent need for new antibiotics. Metagenomics is an underexploited tool in the field of drug discovery. In this study we aimed to produce a new updated assay for the discovery of biosynthetic gene clusters encoding bioactive secondary metabolites. PCR assays targeting the polyketide synthases (PKS) and non-ribosomal peptide synthetases (NRPS) were developed. A range of European soils were tested for their biosynthetic potential using clone libraries developed from metagenomic DNA. Results revealed a surprising number of NRPS and PKS clones with similarity to rare Actinomycetes. Many of the clones tested were phylogenetically divergent suggesting they were fragments from novel NRPS and PKS gene clusters. Soils did not appear to cluster by location but did represent NRPS and PKS clones of diverse taxonomic origin. Fosmid libraries were constructed from Cuban and Antarctic soil samples; 17 fosmids were positive for NRPS domains suggesting a hit rate of less than 1 in 10 genomes. NRPS hits had low similarities to both rare Actinobacteria and Proteobacteria; they also clustered with known antibiotic producers suggesting they may encode for pathways producing novel bioactive compounds. In conclusion we designed an assay capable of detecting divergent NRPS and PKS gene clusters from the rare biosphere; when tested on soil samples results suggest the majority of NRPS and PKS pathways and hence bioactive metabolites are yet to be discovered.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
المقاومة الميكروبية المتزايدة باستمرار تعني أن هناك حاجة ملحة لمضادات حيوية جديدة. Metagenomics هي أداة ناقصة الاستغلال في مجال اكتشاف الأدوية. في هذه الدراسة، استهدفنا إنتاج اختبار محدث جديد لاكتشاف مجموعات الجينات التخليقية الحيوية التي تشفر المستقلبات الثانوية النشطة بيولوجيًا. تم تطوير فحوصات تفاعل البوليميراز المتسلسل التي تستهدف مركبات البولي كيتيد (PKS) ومركبات الببتيد غير الريبوسومية (NRPS). تم اختبار مجموعة من التربة الأوروبية لقدرتها على التخليق الحيوي باستخدام مكتبات مستنسخة تم تطويرها من الحمض النووي الميتاجينومي. كشفت النتائج عن عدد مفاجئ من NRPS واستنساخ PKS مع تشابه مع Actinomycetes النادرة. كانت العديد من المستنسخات التي تم اختبارها متباعدة من الناحية الوراثية مما يشير إلى أنها كانت شظايا من مجموعات جينات NRPS و PKS الجديدة. لا يبدو أن التربة تتجمع حسب الموقع ولكنها تمثل NRPS واستنساخ PKS من أصل تصنيفي متنوع. تم بناء مكتبات فوسميد من عينات التربة الكوبية والقطبية الجنوبية ؛ كان 17 فوسميدًا إيجابيًا لمجالات NRPS مما يشير إلى معدل إصابة أقل من 1 من كل 10 جينومات. كان لدى NRPS أوجه تشابه منخفضة مع كل من البكتيريا الشعاعية النادرة والبكتيريا البروتينية ؛ كما أنها تتجمع مع منتجي المضادات الحيوية المعروفين مما يشير إلى أنهم قد يشفرون المسارات التي تنتج مركبات نشطة بيولوجيًا جديدة. في الختام، قمنا بتصميم اختبار قادر على اكتشاف مجموعات جينات NRPS و PKS المتباعدة من المحيط الحيوي النادر ؛ عند اختبارها على عينات التربة، تشير النتائج إلى أن غالبية مسارات NRPS و PKS وبالتالي الأيضات النشطة بيولوجيًا لم يتم اكتشافها بعد.Translated Description (French)
Le résistome microbien toujours croissant signifie qu'il y a un besoin urgent de nouveaux antibiotiques. La métagénomique est un outil sous-exploité dans le domaine de la découverte de médicaments. Dans cette étude, nous avons cherché à produire un nouveau test mis à jour pour la découverte de groupes de gènes biosynthétiques codant pour des métabolites secondaires bioactifs. Des tests PCR ciblant les polycétide synthases (PKS) et les peptides synthétases non ribosomiques (NRP) ont été développés. Une gamme de sols européens ont été testés pour leur potentiel biosynthétique à l'aide de bibliothèques de clones développées à partir d'ADN métagénomique. Les résultats ont révélé un nombre surprenant de NRP et de clones PKS avec une similitude avec les Actinomycètes rares. De nombreux clones testés étaient phylogénétiquement divergents, ce qui suggère qu'il s'agissait de fragments de nouveaux PNR et de clusters de gènes PKS. Les sols ne semblaient pas se regrouper par emplacement, mais représentaient des NRP et des clones PKS d'origine taxonomique diverse. Les bibliothèques de fosmides ont été construites à partir d'échantillons de sol cubains et antarctiques ; 17 fosmides étaient positifs pour les domaines NRP, ce qui suggère un taux de réussite inférieur à 1 génome sur 10. LES résultats du SNRP présentaient de faibles similitudes avec les Actinobactéries et les Protéobactéries rares ; ils se sont également regroupés avec des producteurs d'antibiotiques connus, suggérant qu'ils pourraient coder pour des voies produisant de nouveaux composés bioactifs. En conclusion, nous avons conçu un test capable de détecter des PNR et des groupes de gènes PKS divergents dans la biosphère rare ; lorsqu'ils sont testés sur des échantillons de sol, les résultats suggèrent que la majorité des PNR et des voies PKS et donc des métabolites bioactifs n'ont pas encore été découverts.Translated Description (Spanish)
La resistencia microbiana cada vez mayor significa que existe una necesidad urgente de nuevos antibióticos. La metagenómica es una herramienta poco explotada en el campo del descubrimiento de fármacos. En este estudio, nuestro objetivo fue producir un nuevo ensayo actualizado para el descubrimiento de grupos de genes biosintéticos que codifican metabolitos secundarios bioactivos. Se desarrollaron ensayos de PCR dirigidos a las policétido sintetasas (PKS) y a las péptido sintetasas no ribosómicas (NRPS). Se probó el potencial biosintético de una serie de suelos europeos utilizando bibliotecas de clones desarrolladas a partir de ADN metagenómico. Los resultados revelaron un número sorprendente de NRP y clones de PKS con similitud con los actinomicetos raros. Muchos de los clones probados eran filogenéticamente divergentes, lo que sugiere que eran fragmentos DE nuevos NRPS y grupos de genes PKS. Los suelos no parecían agruparse por ubicación, pero sí representaban PNR y clones de PKS de diverso origen taxonómico. Se construyeron bibliotecas de fósmidos a partir de muestras de suelo cubano y antártico; 17 fósmidos fueron positivos para LOS DOMINIOS NRPS, lo que sugiere una tasa de aciertos de menos de 1 de cada 10 genomas. LOS RESULTADOS DE NRPS tenían pocas similitudes con las Actinobacterias y Proteobacterias raras; también se agruparon con productores de antibióticos conocidos, lo que sugiere que pueden codificar vías que producen nuevos compuestos bioactivos. En conclusión, diseñamos un ensayo capaz de detectar NRP divergentes y grupos de genes de PKS de la biosfera rara; cuando se prueban en muestras de suelo, los resultados sugieren que la mayoría de los NRP y las vías de PKS y, por lo tanto, los metabolitos bioactivos aún no se han descubierto.Files
journal.pone.0138327&type=printable.pdf
Files
(592.5 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e364b98e080783149c7a71abb5c27be8
|
592.5 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصميم وتنفيذ فحص للكشف عن NRPS النادرة والمتباينة واستنساخ PKS في التربة الأوروبية والقطبية الجنوبية والكوبية
- Translated title (French)
- Conception et mise en œuvre d'un test pour la détection de PNR et de clones PKS rares et divergents dans les sols européens, antarctiques et cubains
- Translated title (Spanish)
- Diseño e implementación de un ensayo para la detección de PNR raros y divergentes y clones de PKS en suelos europeos, antárticos y cubanos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1820747488
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0138327
References
- https://openalex.org/W1521817136
- https://openalex.org/W1878020421
- https://openalex.org/W1965315943
- https://openalex.org/W1972788645
- https://openalex.org/W1985381418
- https://openalex.org/W1991388144
- https://openalex.org/W1992716708
- https://openalex.org/W1998347494
- https://openalex.org/W2012960603
- https://openalex.org/W2016102829
- https://openalex.org/W2018315274
- https://openalex.org/W2025294451
- https://openalex.org/W2031090875
- https://openalex.org/W2033466685
- https://openalex.org/W2033578880
- https://openalex.org/W2045737039
- https://openalex.org/W2047932269
- https://openalex.org/W2048703052
- https://openalex.org/W2065965507
- https://openalex.org/W2123088611
- https://openalex.org/W2124010228
- https://openalex.org/W2130241407
- https://openalex.org/W2131988453
- https://openalex.org/W2132632499
- https://openalex.org/W2134491693
- https://openalex.org/W2135639274
- https://openalex.org/W2136653513
- https://openalex.org/W2141929300
- https://openalex.org/W2142735254
- https://openalex.org/W2146351150
- https://openalex.org/W2147757372
- https://openalex.org/W2151218569
- https://openalex.org/W2152835096
- https://openalex.org/W2155466666
- https://openalex.org/W2162331245
- https://openalex.org/W2163598737
- https://openalex.org/W2172197142
- https://openalex.org/W2321287530
- https://openalex.org/W2322244723
- https://openalex.org/W2402308587
- https://openalex.org/W2463896119
- https://openalex.org/W4248176371