Скрининг генов для улучшения производства белков в дрожжах

Заглушая гены, исследователи смогли значительно увеличить производство белка в дрожжах. Этот метод может лечь в основу создания улучшенных дрожжевых продуцентов для промышленности, производящей биофармацевтические белки и промышленные ферменты.

Исследователи из Центра биологической устойчивости Фонда Ново Нордиск при Техническом университете Дании (DTU), Технологического университета Чалмерса и Королевского технологического института (KTH) определили девять генов-мишеней, комбинаторное заглушение которых повышает продукцию белка в инженерных дрожжевых клетках в 2.2 раза. «Концепция может быть расширена на другие дрожжевые продуценты белков, даже на некоторые нитчатые грибы и клеточные фабрики млекопитающих. Любая организация, работающая с продуцентами белков, может использовать эти результаты», — говорит первый автор, постдок Гокунь Ван из Центра биологической устойчивости Фонда Ново Нордиск при DTU.

Метод использовали для улучшения производства дрожжами α-амилазы — модельного белка, который указывает на общие показатели продукции желаемых белков (рекомбинантных белков) в клетке.

Заглушение — мощный инструмент

Оптимизированный штамм дрожжей был создан путем определения нескольких генов-мишеней, подходящих для заглушения с помощью РНК-интерференции (RNAi). Создавая короткие/длинные цепи РНК, комплементарные гену, интерферирующая РНК взаимодействует с комплементарной мРНК и направляет её на деградацию. В результате для трансляции остаётся меньше мРНК, что снижает экспрессию целевого гена.

Снижение экспрессии с помощью RNAi — мощный инструмент для эффективного рационального скрининга новых генетических мишеней для полезной настройки экспрессии, поскольку он дешёвый и быстрый.

Обширная библиотека привела к 9 генам-мишеням

Исследователи проанализировали около 243 000 эффекторов заглушения в дрожжах, наблюдая за усиленной секрецией α-амилазы как индикатора улучшенного производства рекомбинантного белка.

С помощью масштабного скрининга крошечных капель, содержащих отдельные клетки, секретирующие фермент, исследователям удалось выделить девять генов, заглушение которых улучшило секрецию белка. Эти гены вовлечены в клеточный метаболизм, клеточный цикл, а также модификацию и деградацию белков.

«Все эти гены могут влиять на продукцию рекомбинантного белка при дифференциально сниженных уровнях экспрессии. Эти знания очень важны при попытке создать оптимизированные дрожжевые клеточные фабрики для производства промышленных ферментов или биофармацевтических белков», — говорит Гокунь Ван.

Учёные сначала провели скрининг полезных мишеней для RNAi. Затем они изучили комбинации заглушения, что привело к так называемому полурациональному подходу. Исследование опубликовано в PNAS.