Генетический тюнинг: биотехнологи ускорили эволюцию в пробирке
Датские ученые нашли способ редактировать гены дрожжей так же просто, как настраивать громкость в колонках.
Исследователи из DTU Biosustain (Центр биологической устойчивости Novo Nordisk при Датском техническом университете) создали инструмент, который ускоряет и упрощает генетическую модификацию дрожжей для промышленной биотехнологии.
Метод под названием TUNEYALI позволяет точно настраивать активность генов в микробных клетках, сокращая время и затраты на оптимизацию штаммов. Разработка команды — Вэй Цзян, Шэнбао Ван и профессор Ирина Бородина — пригодится в самых разных областях: от производства лекарств и пищевых добавок до экологичных химикатов и сельскохозяйственных продуктов.
Результаты опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.
Наша цель — сделать генную инженерию эффективнее без потери точности, — говорит Вэй Цзян. — С TUNEYALI мы быстро находим лучшие варианты дрожжей, что упрощает масштабирование производства.
Как это работает
В биотехнологии дрожжи (например, Saccharomyces cerevisiae и Yarrowia lipolytica) используют для ферментации ценных веществ: инсулина, омега-3, стевии, феромонов для защиты растений. Но подбор идеального штамма обычно занимает месяцы.
TUNEYALI решает проблему с помощью библиотеки промоторов — участков ДНК, регулирующих работу генов.
Промотор определяет, как часто клетка будет считывать ген. Заменив его, можно заставить клетку производить больше или меньше нужного белка.
Ученые заменяют природные промоторы на разные варианты и смотрят, как это влияет на клетку. В эксперименте с Y. lipolytica метод помог создать штаммы, которые:
- выдерживают высокие температуры,
- меняют форму клеток,
- производят больше натурального красителя бетанина (из свеклы).
Сила TUNEYALI — в гибкости, — объясняет Шэнбао Ван. — Метод можно применять не только к генам-регуляторам, но и к целым метаболическим путям.
Доступность
Команда выложила инструмент в открытый доступ на платформе AddGene.
Оптимизация штаммов — самая трудоемкая часть разработки, — отмечает Ирина Бородина. — Наш подход ускорит создание биопроизводств, и мы надеемся, что его адаптируют для других микроорганизмов.
Где пригодится
- Фармацевтика — ускоренный подбор штаммов для синтеза антибиотиков или гормонов.
- Пищепром — дрожжи, производящие натуральные красители или сахарозаменители без долгой возни с ДНК.
- Агрохимия — дешевые феромоны для защиты урожая.
- Биотопливо — штаммы, устойчивые к высоким температурам, снизят затраты на ферментацию.
Сокращение сроков R&D с месяцев до недель уменьшит себестоимость биопродуктов.
Однако отметим, что метод требует дорогостоящего оборудования для высокопроизводительного скрининга. Не все лаборатории смогут его внедрить. Кроме того, Y. lipolytica — не самый распространенный организм в промышленности, и адаптация TUNEYALI для E. coli или Bacillus потребует дополнительных исследований.
Ранее ученые открыли новые пути усовершенствования биотехнологий.
