Искусственные клеточные органеллы для биотехнологии

Биотехнологи создали новый метод производства искусственных органелл в живых дрожжевых клетках. Доктор Джоанна Трипп использовала для этого разветвленную систему трубочек и пузырьков эндоплазматического ретикулума (ЭР).

Ключевой механизм

В клетках от мембранной системы ЭР постоянно отшнуровываются пузырьки (везикулы) для транспорта веществ. У растений для хранения белков в семенах используется последовательность Zera — своего рода «адресная метка», которая направляет белки в ЭР и обеспечивает их упаковку в везикулы.

Исследователи применили Zera для целенаправленного создания везикул в дрожжевых клетках и введения в них нескольких ферментов биохимического метаболического пути.

Биотехнологическое значение

Дрожжевые клетки могут производить множество полезных веществ, включая биотопливо или противомалярийные препараты. Однако часто возникают нежелательные побочные продукты, токсичные промежуточные соединения, утечки продукта или замедленные реакции.

Синтетические органеллы решают эти проблемы: только нужные ферменты (с адресными метками) встречаются друг с другом, работая эффективнее, не нарушая работу остальной клетки и не будучи нарушенными сами.

Доказательство концепции

«Мы использовали последовательность Zera, чтобы внести трёхстадийный синтетический метаболический путь в везикулы, — объясняет Джоанна Трипп. — Мы создали реакционное пространство, содержащее именно то, что мы хотим. Мы смогли продемонстрировать, что метаболический путь в везикулах функционирует изолированно от остальной клетки».

В качестве целевой молекулы был выбран муконовая кислота — промышленный предшественник адипиновой кислоты, промежуточного продукта для нейлона и других синтетических материалов. В настоящее время муконовая кислота получается из сырой нефти. Крупномасштабное производство с использованием дрожжевых клеток было бы значительно более экологичным и устойчивым.

Хотя часть промежуточного продукта (протокатеховой кислоты) теряется из-за пористости мембраны везикул, эта проблема рассматривается как решаемая.

Перспективы

Профессор Экхард Болес отмечает: «Это революционный новый метод синтетической биологии. С новыми искусственными органеллами у нас теперь есть возможность заново генерировать или оптимизировать различные процессы в клетке».

Метод не ограничен дрожжевыми клетками и может применяться к эукариотическим клеткам в целом. Он также применим для других задач, например, для реакций, которые ранее не могли протекать в живых клетках, потому что требовали ферментов, нарушающих клеточный метаболизм.