Engineering phage lysins as novel antimicrobials using underexplored design and expression approaches

Ondertitel:Ontwikkelen van faaglysines als nieuwe antimicrobiële stoffen door middel van onderbelichte ontwerp- en expressiemethoden

Korte inhoud:Antimicrobiële resistentie vormt een kritische wereldwijde gezondheidscrisis waardoor traditionele antibiotica grotendeels ineffectief worden en er dus dringend naar nieuwe oplossingen gezocht moet worden. Geïnspireerd door de natuur onderzoeken wetenschappers bacteriofagen als veelbelovende bron van nieuwe antibiotica. Deze bacteriofagen zijn virussen die bacteriën infecteren en vernietigen. Zij produceren daarvoor faaglysines, enzymen die snel en specifiek de bacteriële celwand kunnen afbreken en zo een veelbelovende alternatieve antimicrobiële oplossing vormen. Dankzij hun modulaire eiwitstructuur zijn faaglysines zeer geschikt voor engineering om hun activiteit, specificiteit, en farmacokinetische eigenschappen te verbeteren. Een veelgebruikte strategie omvat het creëren van bibliotheken aan enzym varianten door faaglysine domeinen willekeurig te recombineren, gevolgd door high-throughput screening om de meest actieve faaglysines te identificeren. Ondanks aanzienlijke vooruitgang in dit onderzoeksveld worden faaglysines echter nog niet op grote schaal toegepast in klinische of industriële context. Om hun ontwikkeling te versnellen, kunnen twee fundamentele maar nog onderbelichte aspecten van faaglysine engineering onderzocht worden. Ten eerste wordt de keuze van het expressiesysteem voor de productie van deze enzymen zelden bewust gemaakt, waardoor voornamelijk de conventionele E. coli wordt gebruikt. Het onderzoeken van alternatieve expressiesystemen kan oplossingen bieden voor verschillende expressie-gerelateerde problemen en zou de beschikbare mogelijkheden voor faaglysine ontwikkeling uitbreiden. Ten tweede kan de engineering van faaglysines efficiënter worden mits een transitie naar meer rationele ontwerpstrategieën. Om dit te bereiken is echter een beter inzicht nodig in de relatie tussen de structuur van faaglysines en hun biologische functie. Veel onderzoek heeft zich gefocust op de rol van individuele faaglysine-domeinen, terwijl de korte linkers die deze modules verbinden grotendeels over het hoofd worden gezien. Daarom zou hun rol verder bestudeerd kunnen worden om zo toekomstig faaglysine ontwerp beter te onderbouwen In dit doctoraat werden deze twee onderbelichte strategieën onderzocht om faaglysines dichter te brengen bij hun toepassing als nieuwe antibiotica. Eerst analyseerden we welke expressiesystemen momenteel gebruikt worden om deze enzymen te produceren en welke systemen interessant zijn voor verder onderzoek. Een van de laatstgenoemde was de expressie en display van faaglysines op het celoppervlak van gist S. cerevisiae. Hiervoor werd een nieuw platform geïntroduceerd dat efficiënte combinatorische faaglysine engineering integreert met de productie in gist. Een vergelijkende screeningsanalyse van dit platform met faaglysine productie in E. coli of P. pastoris onthulde verschillen in zowel de diversiteit als de hoeveelheid actieve faaglysine varianten, wat het belang van de expressiesysteem keuze onderstreept. Ten tweede toonde analyse van natuurlijke faaglysine linker sequenties aan dat deze onderhevig zijn aan co-evolutie met hun naburige domeinen, wat suggereert dat ze een actieve rol spelen in de functionele synergie van faaglysines. Door de focus op zowel de productiecontext als de structurele determinanten van faaglysines, biedt dit werk waardevolle inzichten die bijdragen aan de ontwikkeling en toepassing van faaglysines als nieuwe antimicrobiële middelen.

ISBN:9789463579186

Jaar van publicatie:2025

Toegankelijkheid:Closed