Генетическая инженерия: Бактерии-«рабочие лошадки» эффективны в кислой среде

Техника одновременного изменения нескольких генов у бактерий, используемых в ферментации, может помочь в промышленном производстве молочной кислоты.

Многие отрасли промышленности используют способность бактерий, обычно Lactobacillus pentosus, производить молочную кислоту путем ферментации сахара. Оптимальный диапазон pH для этого процесса составляет 5.0–5.5. Для его поддержания в ферментер необходимо добавлять нейтрализующие агенты, например, гидроксид кальция. Это приводит к образованию нежелательных солей и усложняет последующую обработку.

Джин Чуань Ву из Института химических и инженерных наук A*STAR и его коллеги из Сингапура разработали подход к созданию более кислотоустойчивых бактерий для производства молочной кислоты. Ферментация при более низком pH снизила бы потребность в нейтрализующих агентах, упростила процесс и сократила затраты.

В кислотоустойчивости бактерий задействовано более 70 генов. Их последовательное изменение было бы трудоемким. В качестве решения команда использовала метод ошибочной амплификации всего генома для одновременного изменения множества генов. Этот метод был впервые описан командой в 2011 году.

Исследователи выделили и скопировали геномную ДНК L. pentosus с помощью ПЦР. Намеренное использование неидеальных условий реакции привело к внесению множественных ошибок копирования. Цикл такой ПЦР повторили 50 раз, создав множество мутантных последовательностей ДНК, которые затем ввели обратно в бактерии (трансформация). После этого провели скрининг мутантных штаммов на кислотоустойчивость и проверили их способность к ферментации.

Один из мутантных штаммов смог эффективно ферментировать при pH 3.8. Техника вызвала положительные мутации в генах, отвечающих за кислотоустойчивость, при этом гены, связанные с производством молочной кислоты, не пострадали. Также выяснилось, что новый штамм можно культивировать 25 раз до появления изменений в целевой генетической последовательности.

«Далее мы планируем использовать эту технику для дальнейшего повышения кислотоустойчивости наших недавно выделенных термофильных молочнокислых бактерий для потенциального промышленного применения», — говорит Ву. Молочную кислоту используют, например, в пищевой, текстильной и косметической промышленности.