Новая методика улучшает направленную эволюцию микроорганизмов

Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали и продемонстрировали новый метод управления направленной эволюцией бактерий. Этот метод можно использовать для улучшения конструирования микроорганизмов для использования в биофармацевтическом и химическом производстве.

«Наш метод позволяет пользователям модифицировать в 10 раз больше генов, чем предыдущие методы», — говорит Натан Крук, автор статьи о работе и доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в штате Северная Каролина. «Предыдущие методы направленной эволюции позволяли создавать до трех генов одновременно. Наш подход позволяет изменять до 30 генов одновременно. Кроме того, наш подход более поддается автоматизации, чем предыдущие методы, что значительно упрощает процесс. менее сложным и трудоемким».

Новый метод, называемый индуцируемой направленной эволюцией (IDE), отличается от общепринятой направленной эволюции, поскольку в нем используются индуцируемые лизогенные бактериофаги. Лизогенные бактериофаги — это вирусы, способные находиться внутри бактерии-хозяина в течение длительного периода времени, прежде чем размножаться и разрушать клетку. В частности, исследователи использовали индуцируемые лизогенные бактериофаги, которые не будут размножаться и разрушать клетку, пока не получат определенный сигнал. В данном случае этим сигналом является введение определенного моносахарида или простого сахара.

«Другие бактериофаги начинают размножаться как можно скорее после введения в клетку», — говорит Крук. «Если вы используете эти бактериофаги для введения сконструированной ДНК в клетку, это означает, что у вас очень мало времени для того, чтобы эти сконструированные мутации вызвали наблюдаемые изменения в поведении клетки или в продуктах, которые клетка производит.

«Используя индуцируемые лизогенные бактериофаги, мы можем ввести в клетку фрагмент сконструированной ДНК и предотвратить бактериофаг от размножения сразу. Мы можем дать мутировавшей ДНК дни или недели, чтобы она выполнила свою работу, прежде чем запустить размножение бактериофага. Это дает нам значительно больше времени для сконструированных мутаций, чтобы внести изменения в поведение клетки или заставить клетку производить любые продукты, которые мы пытаемся создать».

Чтобы продемонстрировать эффективность IDE, исследователи модифицировали штамм кишечной палочки. В частности, исследователи спроектировали бактерии так, чтобы они эффективно потребляли источник углерода, который E. coli обычно с трудом расщепляет.

«Наша демонстрация показывает, что IDE способна вносить точно настроенные изменения в бактерию, — говорит Крук. «И мы выбрали E. coli, потому что она уже широко используется в промышленности для создания биофармацевтических препаратов и других химических веществ. Более того, мы считаем, что E. coli обещает создать пробиотики, и мы думаем, что IDE может помочь выполнить это обещание».

Статья опубликована в журнале Исследования нуклеиновых кислот.