Новый метод повышает производство белка в модифицированных клетках

Исследователи из Уорикского университета продемонстрировали, как создать «клеточные фабрики», которые работают дольше и производят больше химических веществ, без использования антибиотиков или сложных методов генной инженерии.

Проблема нестабильности

Синтетическая биология создает из живых клеток (часто бактерий) фабрики для производства важных химических соединений. Однако под стрессом производства клетки перестают функционировать, мутируют или проигрывают в конкуренции более быстрорастущим мутантам, что ограничивает срок их полезной работы.

Решение через моделирование

В статье, опубликованной в Nature Communications, ученые использовали детальные компьютерные симуляции роста, мутаций и конкуренции бактерий. Они оценили десятки стратегий генной инженерии, чтобы теоретически найти способ сохранить стабильность клеточных фабрик и обеспечить высокий выход продукта на протяжении многих поколений.

Оптимальная стратегия: генетический «термостат»

Лучшие результаты показала комбинация двух саморегулирующихся систем отрицательной обратной связи: одна чувствительна к уровню производства, другая — к скорости роста клетки.

«Действуя вместе, эти системы предсказуемо увеличивают функцию наших модифицированных клеток в три раза. Оказывается, ключ — в балансе: наши системы должны балансировать функцию с ростом, чтобы снизить шанс захвата популяции мутантными клетками», — объяснил доктор Александр Дарлингтон.

Принцип работы и преимущества

Оптимальная стратегия предполагает вставку генов, которые действуют как сенсоры, отслеживают скорость роста и выход продукта, а затем автоматически регулируют активность генов. Это немного снижает скорость производства каждой клетки, но благодаря значительно более длительному сроку жизни совокупное производство химикатов со временем оказывается намного выше.

Предложенные подходы:

• Не требуют антибиотиков (снижая риск развития устойчивости).
• Не нуждаются в сложной инженерии (упрощая разработку и сокращая время вывода продукта).
• Легко применяются к разным системам без значительной переделки.
• Совместимы с существующими методами.

Следующий этап — тестирование разработанных стратегий в лаборатории.