Новая техника улучшает направленную эволюцию микроорганизмов

Исследователи из Университета Северной Каролины разработали и продемонстрировали новую технику для контроля направленной эволюции в бактериях. Её можно использовать для более эффективной инженерии микроорганизмов в биотехнологической и химической промышленности.

Техника позволяет модифицировать в 10 раз больше генов, чем предыдущие методы. Если раньше можно было редактировать до 3 генов одновременно, то новый подход — до 30 генов. Кроме того, он более пригоден для автоматизации, что делает процесс менее трудоёмким.

Как работает новая техника

Метод, названный Inducible Directed Evolution (IDE), отличается использованием индуцируемых лизогенных бактериофагов. Это вирусы, которые могут длительное время находиться внутри бактерии-хозяина, не разрушая её, пока не получат определённый сигнал. В данном случае сигналом служит введение конкретного моносахарида (простого сахара).

Ключевое преимущество: индуцируемые фаги не начинают немедленно размножаться после внедрения в клетку. Это даёт дни или недели на то, чтобы внесённые с помощью фага генетические модификации проявили себя — изменили поведение клетки или заставили её производить целевые продукты. Обычные же фаги начинают репликацию почти сразу, сильно сокращая время для наблюдения за эффектом мутаций.

Демонстрация эффективности

В качестве доказательства концепции исследователи модифицировали штамм E. coli, заставив бактерии эффективно усваивать источник углерода, который они обычно плохо расщепляют.

Это демонстрирует, что IDE способна вносить тонко настроенные изменения в бактерию. Выбор E. coli не случаен: эта бактерия уже широко используется в промышленности для производства биопрепаратов и химикатов. Кроме того, её рассматривают как перспективный дизайнерский пробиотик, и IDE может помочь в её разработке.

Исследование опубликовано в журнале Nucleic Acids Research.