Система для непрерывной эволюции белков в лаборатории без вмешательства исследователей
Исследователи из Гарварда под руководством профессора Дэвида Лю разработали усовершенствованную систему PACE (phage-assisted continuous evolution), которая позволяет белкам эволюционировать в лаборатории непрерывно и примерно в 100 раз быстрее, чем раньше, без вмешательства человека.
Ключевое новшество — добавление негативного отбора (negative selection). Теперь система может не только отбирать молекулы с нужными свойствами, но и активно отбраковывать те, которые демонстрируют нежелательную активность. Это позволяет целенаправленно эволюционировать белки с радикально изменёнными свойствами.
Как это работает:
- В основе PACE — бактериофаг, который размножается в клетках E. coli.
- Ранее фаг размножался только если кодируемый им белок проявлял желаемую активность.
- Теперь, благодаря варианту белка P3, который подавляет размножение фага, система "наказывает" фаги, чьи белки проявляют нежелательную активность, "отравляя" их способность к воспроизводству.
- Также учёные разработали возможность модулировать строгость отбора, меняя порог, необходимый для выживания.
Доказательство концепции:
С помощью новой системы команда успешно эволюционировала РНК-полимеразу фага T7 так, чтобы она:
- Узнавала новые последовательности ДНК (промоторы).
- Полностью отвергала те последовательности, которые была настроена узнавать изначально.
Значение и перспективы:
- Раньше было гораздо проще получить ферменты с расширенной активностью (которая работает и на старую, и на новую мишень), чем с полностью изменённой специфичностью (только новая мишень).
- Новая система позволяет более точно "лепить" эволюционный ландшафт, целенаправленно двигаясь к нужным "пикам" и избегая "долин".
- Это открывает путь к созданию высокоселективных инструментов, например, для "хирургического" редактирования только одного гена в геноме или связывания только одного болезнетворного белка среди множества полезных.
Работа опубликована в журнале Nature Chemical Biology.