Искусственная хромосома в дрожжах: платформа для создания "живых фабрик"
Биотехнологи из Делфтского технического университета создали искусственную хромосому в дрожжах. Она может сосуществовать с естественными хромосомами и служит безопасной платформой для добавления новых функций микроорганизму. Это позволяет превращать дрожжевые клетки в "живые фабрики" для производства полезных химических веществ и лекарств.
Проблема традиционных методов
Обычно для придания дрожжам новых свойств используется редактирование их собственного генома с помощью CRISPR-Cas9: вставляются новые гены или отключаются существующие. Однако этот метод имеет недостатки:
- Требуется несколько раундов генетических манипуляций, что отнимает много времени.
- Многократное вмешательство в ДНК может привести к мутациям, нарушающим (в том числе жизненно важные) функции клетки, например, её метаболизм, рост и деление.
Решение: хромосома-платформа
Искусственная хромосома решает эту проблему: добавление генов к ней не мешает существующим функциям клетки.
"Мы рассматриваем нашу синтетическую хромосому как платформу. Это новый способ безопасного и модульного добавления функций пекарским дрожжам — немного похоже на сборку кубиков LEGO", — говорит аспирант Элайн Постма.
Как собрали хромосому
Создать одну длинную цепь ДНК в лаборатории сложно. Поэтому исследователи использовали естественный механизм репарации ДНК в дрожжах:
- В клетку ввели небольшие фрагменты генетического материала.
- Концы одного фрагмента были идентичны концам другого.
- Дрожжевые клетки распознали идентичные концы и "сшили" их вместе, пытаясь "починить" ДНК. Таким образом, клетка сама собрала большую хромосому из десятков отдельных частей.
Главная задача
Ключевой задачей было заставить дрожжевые клетки воспринимать искусственную хромосому как "настоящую".
"Клетка должна была не только скопировать нашу хромосому, но и поддерживать её, а также обеспечить, чтобы одна копия попадала в материнскую клетку, а другая — в дочернюю при делении", — объясняет руководитель группы Паскаль Даран-Лапюжад.
Исследователи добавили к синтетической хромосоме необходимые клетке элементы ДНК. Подход сработал: дрожжи исправно копировали ДНК искусственной хромосомы, и её находили в дочерних клетках спустя поколения.
Тестирование и первые результаты
Для проверки работы хромосомы учёные:
- Скопировали на неё гены, ответственные за базовую функцию дрожжей — превращение сахара в алкоголь.
- Отключили оригинальные гены с помощью CRISPR-Cas9. Клетки сохранили способность к брожению, хотя и стали делиться медленнее. Причина этого явления пока изучается.
Уже сейчас исследователи добавили на искусственную хромосому биологический путь для производства пигмента с лекарственными свойствами, позаимствованный у растения. Дрожжи начали производить это вещество, правда, пока в небольших количествах.
Будущее технологии
Возможности для дальнейших исследований практически безграничны. Можно открывать новые пути в природе и переносить в дрожжи пути от растений, бактерий или других организмов.
"Теоретически мы можем устойчиво производить с помощью дрожжей многие вещества, которые сейчас создаём химическим путём. Что касается биотехнологий, мы действительно живём в фантастическое время", — заключает Даран-Лапюжад.