Меньше геном — больше применений
Бактерии часто являются идеальными машинами в промышленности. Им требуются дешёвые вещества, такие как аминокислоты и сахар, а на выходе получаются ценные продукты, например, биопластики.
Производственные процессы дёшевы и во многих случаях устойчивы. Но эти бактерии, конечно, не были созданы для нашего удобства, а сформированы естественным отбором. Поэтому их можно сделать ещё более эффективными для наших целей.
Один из методов, который кажется неочевидным выбором, — это случайное удаление фрагментов ДНК. Однако именно это и сделали микробиологи Wageningen UR с бактерией Pseudomonas putida. И успешно. Оказалось, бактерия прекрасно может обходиться без 7% своего генетического материала. Исследователи опубликуют статью о своей технике в ближайшем выпуске Environmental Microbiology.
«Бактерии легко могут обойтись без многих генов, потому что они не являются необходимыми или нужны только при определённых обстоятельствах», — говорит Одри Лепренс, исследователь из Лаборатории системной и синтетической биологии. «Такой уменьшенный геном делает бактерию более стабильной, предсказуемой и эффективной». Идеальный «шасси» для создания промышленно полезной бактерии.
Быстро и дёшево
Лепренс оптимизировала геном, случайным образом удаляя его части. Для этого она сначала ввела целевые последовательности в двух случайно выбранных местах. Затем она заставила бактерию вырабатывать рекомбиназный фермент, который разрезает ДНК в целевых последовательностях и склеивает свободные концы. Пока отсутствует несущественный ген, бактерия выживает. Затем Лепренс идентифицировала удалённые гены и начинала новый раунд сокращения.
«Конечно, главный вопрос: как далеко мы можем зайти?» — говорит Лепренс. Она приводит расчёты: в бактерии около 5400 генов. Из них около 1500 являются необходимыми, плюс некоторые гены, связанные с условиями роста. «В конечном итоге, я думаю, мы можем удалить как минимум половину генома. Почему бы и нет?»
Преимущество метода — его скорость и относительно низкая стоимость. Другие методы требуют предварительного знания последовательности, чтобы удалить определённые её фрагменты. Лепренс считает, что её метод можно сразу применять к другим бактериям. Более того, он помогает учёным понять, как работает бактерия. Ведь он показывает, какие гены и когда являются необходимыми.