Новый метод для генной инженерии бактерий

Метод рекомбиниринга (recombineering) позволяет вносить бесшовные замены участков ДНК в бактериальном геноме, но десятилетиями был ограничен в основном работой с Escherichia coli.

Исследователи из Гарвардской медицинской школы и Биологического исследовательского центра в Сегеде (Венгрия) разработали метод высокопроизводительного скрининга для поиска наиболее эффективных белков-«двигателей» рекомбиниринга — SSAPs (single-stranded DNA annealing proteins), которые происходят из бактериофагов.

Ключевые результаты

• Метод позволил протестировать более 200 SSAPs.
• Выявлен белок, который вдвое повысил эффективность единичных правок генома и в 10 раз улучшил возможность мультиплексного редактирования (множественных одновременных правок по всему геному).
• Обнаружен другой SSAP, который позволил эффективно проводить рекомбиниринг в патогене Pseudomonas aeruginosa — частой причине опасных внутрибольничных инфекций, для которого долгое время не было хороших генетических инструментов.

Преимущества подхода

В отличие от методов вроде CRISPR-Cas9, основанных на «разрезании» ДНК, рекомбиниринг работает без разрыва двуцепочечной ДНК. Это критически важно для бактерий, у которых нет эффективных систем точного ремонта таких разрывов.

Техника встраивает правки во время репликации: короткие синтетические цепи ДНК (~90 оснований), несущие нужную мутацию, встраиваются в растущую цепь дочерней хромосомы с помощью SSAPs.

Перспективы применения

• Мультиплексное автоматизированное редактирование генома (MAGE) — оптимизация целых метаболических путей, например, для переработки древесных отходов в жидкое топливо.
• Направленная эволюция со случайными геномными мутациями (DIvERGE) — ускоренное изучение механизмов устойчивости бактерий к антибиотикам для разработки менее уязвимых препаратов.
• Создание «зависимых от человека» бактерий — замена природных аминокислот на искусственные. Такие модифицированные микроорганизмы, например, для очистки окружающей среды, будут жизнеспособны только при наличии искусственных добавок, что позволит контролируемо уничтожить их после выполнения задачи.

Новый метод скрининга SSAPs значительно расширяет возможности и доступность рекомбиниринга, открывая путь к масштабному редактированию бактериальных геномов для медицины, биотехнологий и фундаментальных исследований.