Разработан новый метод для полногеномного редактирования дрожжей
Исследователи из Университета Иллинойса представили в Nature Communications интегрированный метод, который значительно расширяет возможности работы с геномом дрожжей — ключевого организма для биотехнологий и фундаментальных исследований.
Цель и инновации метода
Целью работы было создание инструмента для полногеномного инжиниринга дрожжей. В отличие от традиционных подходов, фокусирующихся на нескольких генах, новый метод позволяет работать в масштабе всего генома. Вторая ключевая инновация — применение концепций синтетической биологии (модуляризация компонентов) и интеграция с роботизированной системой для высокопроизводительной работы.
Почему дрожжи?
Дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) критически важны для производства биотоплива (этанол), промышленных химикатов (молочная кислота) и биомедицинских исследований, так как являются эукариотами, как и человек. При этом функции большинства из примерно 6000 генов дрожжей остаются неизвестными.
Ключевые этапы метода
- Создание библиотеки cDNA: Исследователи собрали коллекцию, охватывающую более 90% генов дрожжей, в стандартизированных ДНК-конструкциях, позволяющих либо усилить, либо ослабить активность каждого гена.
- Применение CRISPR-Cas: Система CRISPR-Cas была использована для эффективного (до 70% модифицированных клеток) и точного внедрения этих конструкций в геном дрожжей. До появления CRISPR эффективность модификации составляла лишь 1%.
- Автоматизация и отбор: Процесс создания и тестирования тысяч уникальных штаммов с разными комбинациями модификаций был автоматизирован с помощью роботизированной системы iBioFAB (Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing).
- Анализ и открытия: С помощью биоинформатики были проанализированы геномы наиболее перспективных штаммов (например, устойчивых к реагентам производства биотоплива). Метод позволил выявить новые комбинации генов, влияющие на желаемые признаки, в том числе с участием генов с ранее неизвестной функцией.
Значение работы
Метод открывает путь как к созданию ценных промышленных штаммов дрожжей, так и к более глубокому пониманию функций эукариотического генома. Как отметил руководитель исследования Хуимин Чжао, ключевое отличие — масштаб: метод позволяет исследовать все гены и находить неочевидные мишени для инжиниринга, недоступные для интуитивного подхода.