Новые биосенсоры для управления микробными «работниками»

Сверхпродуктивные фабрики будущего могут использовать флоты генетически модифицированных бактериальных клеток, таких как обычная E. coli, для экологически чистого производства ценных химических продуктов. Используя их естественные метаболические процессы, бактерии можно перепрограммировать для превращения легкодоступных источников природной энергии в фармацевтические препараты, пластики и топливо.

Ключевым элементом этого процесса метаболической инженерии микробов являются биосенсоры. Состоящие из биологического компонента (например, флуоресцентного белка) и «детектора», реагирующего на присутствие определенного химического вещества, биосенсоры действуют как переключатели и рычаги, включающие и выключающие запрограммированные функции внутри модифицированных клеток. Они также могут использоваться для обнаружения, какие микробные «работники» производят наибольшее количество целевого химиката. Таким образом, их можно рассматривать как средство двусторонней коммуникации между человеком и клеткой.

До сих пор у ученых был ограниченный набор биосенсоров, мало подходящих для биопроизводства ценных химических веществ. Теперь исследователи Института Висса под руководством Джорджа Чёрча разработали новую серию таких сенсоров, о чем сообщается в журнале Nucleic Acids Research. Они не только увеличивают количество клеточных «переключателей и рычагов» для сложного генетического перепрограммирования, но и реагируют на ценные продукты, такие как возобновляемые пластики или дорогостоящие фармпрепараты, позволяя микробам «сообщать» о своей собственной эффективности в производстве.

Связанные с зеленым флуоресцентным белком (GFP), новые биосенсоры могут заставлять отдельные клетки испускать видимую флуоресценцию со скоростью, прямо пропорциональной их способности производить целевой химический продукт. Это позволяет легко идентифицировать наиболее эффективных микробных «работников», которые затем могут стать основой для колоний бактерий, эволюционирующих в сторону большей эффективности производства с каждым последующим поколением. Это резко сокращает узкое место в цикле «дизайн-сборка-тестирование», исторически вызванное необходимостью для инженеров просеивать многочисленные бактериальные колонии в поисках лучших продуцентов.

Эти разработки также могут привести к новым применениям в мониторинге окружающей среды с использованием генетически модифицированных микробов для подачи сигналов тревоги в присутствии загрязнителей или токсинов и могут дать новое фундаментальное понимание метаболических путей.

Команда Института Висса намерена использовать новые биосенсоры для развития стратегий возобновляемого химического производства с помощью генетически модифицированных микробов.