Hygromycin B ist ein Antibiotikum, das beim rekombinanten Klonen verwendet wird, um Zellen zu selektieren, die mit einer gewünschten DNA-Sequenz transformiert wurden. Es tötet die untransformierten, anfälligen Zellen ab, indem es die Proteinsynthese hemmt. Diese Verbindung kann in Bakterien-, Pilz-, Pflanzen- und Säugetierzellkulturen verwendet werden. Hygromycin B wird von dem im Boden lebenden Actinomyceten Streptomyces hygroscopicus produziert und wird auch Futtermitteln für Hühner und Schweine zugesetzt, um einen Befall durch Parasiten wie Würmer zu verhindern.
Actinomyceten sind eine Art von Bakterien, die häufige Bodenbewohner sind. Sie produzieren eine Vielzahl von natürlichen Produkten, die für andere Organismen giftig sind, um ihnen zu helfen, im Boden zu konkurrieren und zu überleben. Aus diesen Organismen wurden viele verschiedene Arten von Antibiotika isoliert, darunter Streptomycin und Actinomycin. Hygromycin B wurde 1953 entdeckt. Obwohl es für den Menschen giftig ist, wurden seine ersten Anwendungen in der Nahrungsergänzung von Geflügel und Schweinen verwendet, um einen Wurmbefall zu verhindern.
Hygromycin B ist ein Beispiel für die Klasse der Aminoglykosid-Antibiotika. Es besteht aus Zuckern mit Aminogruppen. Es wurde festgestellt, dass verschiedene Arten von Bakterien gegen dieses Antibiotikum resistent sind. Diese Resistenz wird durch die Übertragung einer Phosphatgruppe auf eine Hydroxyl-OH-Gruppe am Antibiotikum-Molekül aktiviert. Das Protein, das diese Reaktion ausführt, ist als Hygromycin-B-Phosphotransferase (Hph) bekannt.
Der Wirkmechanismus von Hygromycin B besteht darin, die Proteinsynthese zu hemmen, indem es die Translation von Boten-RNA (mRNA) beeinflusst. Proteine bestehen aus langen Ketten von Aminosäuren. Normalerweise bewegen sich Ribosomen entlang eines mRNA-Strangs und bilden eine Aminosäure gemäß einer Gruppe von drei Basen der mRNA, die als Codon bekannt ist. Wenn das Antibiotikum vorhanden ist, lesen die Ribosomen das Codon nicht richtig und übersetzen falsch. Im Allgemeinen führt dies zum Abbruch der Proteinsynthese.
Mit dem Aufkommen der rekombinanten DNA-Technologie konnten die Wissenschaftler die Hph-Gene aus verschiedenen Bakterienarten klonen. Ein Gentyp wurde im Actinomyceten gefunden, der das Antibiotikum herstellt, und ein anderer wurde in den gramnegativen Bakterien Escherichia coli (E. coli) und Klebsiella pneumoniae gefunden. Da E. coli in der Gentechnik so häufig manipuliert wird, wird sein Gen in Experimenten am häufigsten verwendet. Die Wirkungsweise dieses Antibiotikums unterscheidet sich von vielen anderen, so dass es oft in Kombination mit einem zusätzlichen Antibiotikum verwendet werden kann.
Dieses Hygromycin B-Resistenzgen wird häufig als selektierbarer Marker bei Klonierungsexperimenten verwendet. Daher wird es auf einem rekombinanten Plasmid verwendet, das auch ein Gen enthält, das Wissenschaftler in einen Organismus wie einen Pilz oder eine Pflanzenzelllinie einbringen möchten. Nur wenige Zellen in einem großen Zellgemisch werden im Allgemeinen das gewünschte Plasmid aufweisen. Wenn dem Zellgemisch ein Antibiotikum zugesetzt wird, tötet es die anfälligen Zellen ab, die das rekombinante Plasmid nicht aufgenommen haben. Diese Hygromycin B-Selektion stellt sicher, dass die verbleibenden Zellen weiterhin das interessierende Gen enthalten.