Открывая мир бактерий: новый подход сделал бактерии доступными для генной инженерии
Бактерии населяют практически все среды на Земле. Их понимание и модификация могут привести к новым методам диагностики, лечения и профилактики инфекций, а также к созданию устойчивых «клеточных фабрик» для производства химических веществ.
Главным препятствием для генетической инженерии бактерий долгое время была эффективная трансформация — процесс внедрения чужеродной ДНК в клетку. Основная проблема — системы рестрикции-модификации, которые разрушают входящую ДНК, если на ней отсутствует уникальный паттерн метилирования, характерный для генома конкретной бактерии.
Чтобы преодолеть этот барьер, команда из Института инфекционных исследований Гельмгольца на основе РНК (HIRI) представила новый подход под названием IMPRINT (Imitating Methylation Patterns Rapidly IN TXTL).
Как работает IMPRINT
Метод использует бесклеточную систему транскрипции-трансляции (TXTL) — жидкую смесь, способную производить РНК и белки из добавленной ДНК. В этой системе экспрессируется специфичный для целевой бактерии набор ДНК-метилтрансфераз. Затем эти ферменты используются для метилирования ДНК перед её доставкой в бактерию-мишень.
«IMPRINT представляет собой совершенно новое применение TXTL. Ранее эта система не использовалась для преодоления барьеров трансформации ДНК в бактериях», — говорит Чейз Байзел, руководитель исследования.
Преимущества перед существующими методами
- Скорость и простота: Традиционные методы требуют трудоёмкой очистки отдельных ДНК-метилтрансфераз или их экспрессии в E. coli, что часто является цитотоксичным и занимает дни или недели.
- Эффективность: IMPRINT позволяет экспрессировать широкий спектр ДНК-метилтрансфераз и комбинировать их для воссоздания сложных паттернов метилирования.
- Результаты: Метод значительно повысил эффективность трансформации ДНК у таких бактерий, как патоген Salmonella и пробиотические Bifidobacteria, включая труднодоступные для трансформации штаммы.
Перспективы применения
IMPRINT открывает возможности для:
- Улучшения трансформации клинических изолятов бактериальных патогенов.
- Генетической модификации бактерий, борющихся с инфекциями (комменсальных или продуцирующих антибактериальные соединения).
- Создания новых классов антибиотиков и клеточных терапий.
Исследователи надеются, что IMPRINT позволит научному сообществу сосредоточиться на изучении наиболее важных бактериальных штаммов, включая те, что обладают повышенной вирулентностью или устойчивостью к антибиотикам, а не только на тех, которые легко поддаются генетическим манипуляциям.
Исследование опубликовано в журнале Molecular Cell.