Создание набора дрожжевых штаммов для гиперпродукции ключевых клеточных "кирпичиков"
Микробы, такие как бактерии и дрожжи, всё чаще используются для производства компонентов лекарств, биотоплива и продуктов питания. Пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) применяются не только в пивоварении и хлебопечении, но и в промышленных масштабах для получения других ценных молекул.
Использование микробов может стать ключом к более устойчивому производству, но многое в формировании и поддержании микробных сообществ, особенно дрожжевых, остаётся непонятным.
Исследователи из Имперского колледжа Лондона создали молекулярный "набор инструментов" с новым подходом к производству полезных соединений. Работа опубликована в журнале Nature Microbiology.
Суть метода:
- Набор состоит из 15 различных дрожжевых штаммов.
- Штаммы гиперпродуцируют ключевые клеточные "кирпичики" — аминокислоты и нуклеотиды — но лишены способности синтезировать другие.
- В отличие от традиционных синтетических биологических сообществ, штаммы разделены на «доноров» (отдают строительные блоки) и «реципиентов» (получают их).
Тестирование на ресвератроле:
Для проверки системы исследователи изучили её эффективность на примере производства ресвератрола — антиоксиданта из красного вина, изучаемого на предмет потенциальных лечебных свойств.
- Путь синтеза ресвератрола был разделён между двумя штаммами (донором и реципиентом).
- В качестве контроля ресвератрол производили стандартным методом с использованием одного штамма.
- Изучалось влияние добавления питательных веществ, изменения начального соотношения штаммов и плотности клеток.
Результаты:
- Разделение пути синтеза между двумя штаммами привело к усиленной продукции ресвератрола по сравнению с традиционной платформой.
- Математическое моделирование показало, что система также позволяет создавать более стабильные и специфичные партнёрства между штаммами дрожжей.
Значение и перспективы:
- Д-р Родриго Ледесма-Амаро: «Наши выводы, если они будут воспроизведены на других дрожжах и метаболитах, могут значительно повлиять на то, как мы понимаем и используем микробные сообщества в устойчивом биопроизводстве — от еды до биотоплива».
- Новая система позволяет создавать различные комбинации дрожжевых сообществ для более эффективного и устойчивого производства множества продуктов.
- Повышение эффективности может привести к уменьшению отходов, снижению энергопотребления и затрат на производство ценных соединений (фармацевтика, продукты питания, напитки, биопластики, биотопливо).
Дальнейшие шаги:
- Усовершенствование набора и расширение его охвата для работы с более широким спектром малых молекул.
- Длительные испытания для оценки стабильности системы, что важно для практического применения.
- Введение других типов дрожжей и мониторинг мутаций и адаптаций.