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 трудоемкий и трудоемкий».

Новый метод, названный Inducible Directed Evolution (IDE), отличается от установленной направленной эволюции тем, что в нем используются индуцируемые лизогенные бактериофаги. Лизогенные бактериофаги — это вирусы, которые способны 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 индуцибельные лизогенные бактериофаги, мы можем ввести фрагмент сконструированной ДНК в клетку и сразу же предотвратить размножение бактериофага. Мы можем дать мутировавшей ДНК дни или недели, чтобы выполнить свою работу, прежде чем запустить бактериофаг для размножения. Это дает нам значительно больше времени для инженерных 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 стать дизайнерским пробиотиком, и мы думаем, что IDE может помочь выполнить это обещание».

Статья опубликована в журнале Nucleic Acids Research.