Новый метод редактирования ДНК позволяет синтетическим биологам раскрыть секреты бактериального генома

Исследователи из Университета Иллинойса под руководством профессора Хуимина Чжао продемонстрировали инновационную технику генной инженерии для обнаружения ценных функций, скрытых в бактериальных геномах. Работа опубликована в Nature Communications 5 декабря 2013 года.

Геномы бактерий содержат гены, способные синтезировать множество соединений: природные антибиотики, противогрибковые агенты и другие биохимикаты. Гены, кодирующие ферменты для их создания, часто организованы в кластеры, где каждый ген соответствует белку в биохимическом пути.

Однако бактерии экспрессируют только те гены, которые полезны в текущих условиях, экономя энергию. Это делает многие кластеры «криптическими» (молчащими), что затрудняет поиск новых природных продуктов.

Предыдущие стратегии активации таких кластеров (например, изменение условий культивирования) были трудоёмкими и ненадёжными. Группа Чжао использовала метод DNA assembler для прямого перепрограммирования контроля экспрессии генов.

Суть метода:

• В каждый ген внутри криптического кластера из Streptomyces griseus вставлялись специальные регуляторные последовательности — промоторы.
• DNA assembler позволил объединить все фрагменты ДНК в один шаг, в отличие от традиционных последовательных методов.
• Модифицированный кластер из шести генов был встроен в родственную бактерию Streptomyces lividans, удобную для лабораторных исследований.

Результаты:

• Штамм экспрессировал все гены ранее молчащего кластера.
• Были синтезированы несколько новых соединений класса полициклических тетраматных макролактамов (PTM), многие из которых имеют биомедицинское значение.
• Исключая по одному гену из кластера, учёные определили функцию каждого кодируемого белка, прояснив путь синтеза PTM.

Перспективы:

Работа — шаг к созданию универсальной автоматизированной платформы для реконструкции любых биохимических путей в модельных организмах (млекопитающих, растениях, микроорганизмах). Конечная цель — открытие новых потенциальных лекарств среди ранее скрытых природных соединений.