Изменение поведения клеток может ускорить развитие биотоплива и медицины

Учёный из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработал способ заставить клетки выполнять естественные функции в неестественных условиях, что может быть полезно для исследований стволовых клеток, генной терапии и производства биотоплива.

Майкл Брент, профессор инженерии, создал алгоритм NetSurgeon, который рекомендует гены для «хирургического» удаления из генома клетки, чтобы заставить её выполнять нормальную активность в другой среде или обстоятельствах. Например, обычные пекарские дрожжи обычно производят много спирта (биотоплива) при питании сахаром из съедобных зёрен кукурузы. NetSurgeon спроектировал генетические изменения, которые убедили клетки производить больше спирта при питании ксилозой — типом сахара, содержащимся в несъедобных листьях и стеблях растений.

Исследование опубликовано в PNAS Early Edition 31 октября.

«Дрожжи были сконструированы для производства спирта из ксилозы, но делают это не очень эффективно. Мы считаем, что проблема не в том, что они не могут, а в том, что не хотят. Поэтому мы должны убедить их, заставив использовать тот же набор генов, который они используют при питании сахаром из кукурузных зёрен. Иногда мы думаем об этом как о том, чтобы заставить дрожжи "галлюцинировать", что они находятся в сахаре, который им нравится превращать в спирт».

Исследовательская группа Брента фокусируется на транскрипционных регуляторных сетях — управляющих схемах, с помощью которых клетки оценивают свою ситуацию и реагируют на неё, изменяя количество производимого из каждого гена белка. Ключевые компоненты этих сетей — факторы транскрипции, белки, которые включают и выключают гены. NetSurgeon принимает текущий и целевой уровень производства для каждого гена и предлагает, какие факторы транскрипции удалить (путём удаления кодирующих их генов), чтобы приблизить уровни производства к целям.

«Если у вас есть стволовая клетка и вы хотите, чтобы она стала клеткой печени, вам нужно заставить её включать и выключать гены, чтобы соответствовать уровням, обнаруженным в клетке печени».

Хотя лаборатория Брента изучала реакцию дрожжей на избыток сахара, эта техника может быть применена к любому организму.

«Многие из тех же схем существуют в человеческих клетках и даже являются мишенями для лекарств».

Алгоритм доступен как программное обеспечение с открытым исходным кодом на сайте mblab.wustl.edu.