Биоинженеры научились точно включать и выключать гены

Учёные из Бристольского университета показали, как одновременно использовать несколько форм регуляции в живых клетках для строгого контроля экспрессии генов. Это открывает новые пути для создания улучшенных биотехнологий.

Инженерные микроорганизмы всё чаще применяются для устойчивого и экологичного производства химикатов, лекарств и многого другого. Для этого биоинженерам необходимо контролировать, когда конкретные наборы генов включаются и выключаются, чтобы обеспечить точную регуляцию биохимических процессов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Ведущий автор, аспирант Школы биологических наук Бристоля Вероника Греко, пояснила: «Хотя включение или выключение гена звучит просто, заставить живую клетку сделать это по команде — настоящая проблема. Каждая клетка немного отличается, и задействованные процессы не на 100% надёжны».

Чтобы решить эту проблему, команда вдохновилась природой, где ключевые события часто контролируются несколькими процессами одновременно.

Вероника Греко добавила: «Если вы посмотрите на венерину мухоловку, то обнаружите, что ловушка закроется только тогда, когда сработают несколько волосков вместе. Это помогает снизить вероятность случайного закрытия. Мы хотели сделать нечто подобное, контролируя экспрессию гена внутри клетки, добавив несколько уровней регуляции, чтобы гарантировать его включение именно тогда, когда мы этого хотим».

Команда показала, что, используя этот тип многоуровневой регуляции, можно создать одни из самых высокопроизводительных «переключателей» экспрессии генов на сегодняшний день.

Более того, в сотрудничестве с коллегами из Института наземной микробиологии Макса Планка команда смогла пойти ещё дальше. Они продемонстрировали, что даже при использовании вне живых клеток эти многоуровневые системы обеспечивают один из самых строгих контролей над экспрессией генов из когда-либо наблюдавшихся.

Старший автор работы, доктор Томас Гороховски, отметил: «Когда мы конструируем микробы, мы часто пытаемся максимально упростить наши системы, думая, что так получим лучший контроль над происходящим. Но мы показали, что принятие некоторой внутренней сложности биологии может быть ключом к полному раскрытию её потенциала для высокоточных биотехнологий завтрашнего дня».