Ускорение направленной эволюции молекул в лаборатории с помощью новой роботизированной платформы

Исследователи MIT разработали роботизированную платформу, которая может выполнять в 100 раз больше экспериментов по направленной эволюции параллельно. Новая методика, названная PRANCE (phage and robotics-assisted near-continuous evolution), позволяет не только быстрее создавать новые молекулы, но и моделировать естественную эволюцию.

Как работает PRANCE

  • Масштабирование: Вместо одного биореактора используется 96-луночный планшет, где в каждой лунке эволюционирует отдельная популяция бактериофагов.
  • Роботизированный мониторинг: Робот отслеживает прогресс в реальном времени по флуоресцентному сигналу, который вирусы производят при успешной генерации целевого белка.
  • Адаптация в реальном времени: Если вирусы "борются" за выживание, робот может вмешаться, например, заменив штамм бактерий на более подходящий, чтобы предотвратить вымирание популяции.
  • Преимущество: Это дает исследователям "больше ударов по воротам" и позволяет настраивать условия эволюции в ответ на её ход.

Достижения и применение

С помощью PRANCE учёные уже создали:

  1. Молекулы тРНК для бактериофагов, которые считывают четыре пары оснований ДНК вместо стандартных трёх.
  2. Фермент, позволяющий вирусам включать в свои белки синтетическую аминокислоту Boc-лизин (помимо 20 природных).

Потенциальные области применения:

  • Разработка новых низкомолекулярных лекарств.
  • Создание ферментов для эффективного разложения пластика.
  • Эволюция молекул для редактирования эпигенома (аналогично редактированию генома CRISPR).

Научное значение

Платформа позволяет не только ускорить инженерные задачи, но и ставить масштабные контролируемые эксперименты для изучения фундаментальных принципов эволюции. Учёные могут варьировать скорость мутаций, размер популяции и условия среды, чтобы понять, как эти факторы влияют на эволюционный исход.

"Наша система позволяет нам действительно выполнять эти эволюции с гораздо лучшим пониманием того, что происходит. Мы можем узнать историю эволюции, а не только её конечную точку", — говорит Эмма Чори, соавтор исследования.