Новый инструмент помогает биоинженерам решать, когда строить микробные команды
Исследователи из Университета Дьюка создали математическую основу, которая помогает биоинженерам определять, когда для производства продукта стоит использовать несколько линий клеток. Эта работа может помочь различным отраслям, использующим бактерии для производства химических веществ — от фармацевтических препаратов до ароматизаторов.
Исследование было опубликовано онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences на неделе 19 февраля 2018 года.
Учёные используют способность клеток производить полезные вещества с 1970-х годов. Чаще всего для простоты они полагаются на один тип клеток. Однако процесс может стать слишком сложным для одной популяции.
«Обычно, модифицируя клетки для производства чего-либо, используют одну популяцию. Но у одной клетки есть верхний предел возможностей, что ограничивает сложность соединения, которое можно поручить ей создать», — пояснил Райан Цой, аспирант по биомедицинской инженерии и первый автор статьи. «Разделение труда между несколькими типами клеток изучалось, но только в каждом конкретном случае. Это первое систематическое исследование того, при каких обстоятельствах несколько линий клеток лучше одной».
В исследовании Цой и его научный руководитель Линчон Ю создали систему уравнений, моделирующую взаимодействие ключевых переменных в таких системах. Они смоделировали более 20 различных вариантов построения систем и их взаимодействия.
Симуляции показали, что результат каждого испытания сводится к тому, как переменные влияют на два фактора:
- Скорость роста клеток.
- Потери эффективности, когда два типа клеток делятся ресурсами при транспортировке молекул между собой.
«Это похоже на совместную работу исследователей над заявкой на грант или статьёй, — сказал Ю. — Это баланс между тем, насколько легко сделать всё самому, насколько эффективно будет сотрудничество и насколько велика будет отдача от него».
В будущем Цой планирует использовать эту основу для разработки новых биоинженерных систем. Он надеется, что другие последуют его примеру.
«Все эти параметры измеримы и поддаются количественной оценке, — сказал Цой. — Идея в том, что для любой системы вы можете получить все эти параметры с помощью базовых экспериментов или учебников, подставить их в эту математическую модель и получить не только базовый ответ, стоит ли использовать разделение труда, но и меру того, насколько это принесёт пользу вашему проекту».