Быстрый скрининг нацелен на жирные кислоты в дрожжах — ключ к устойчивым биопродуктам
Учёные, занимающиеся конструированием ценных микробов для возобновляемого топлива и биопродуктов, разработали быстрый и эффективный метод для выявления наиболее перспективных штаммов.
Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне создали новый метод скрининга на основе масс-спектрометрии для быстрого профилирования среднецепочечных жирных кислот (MCFAs), производимых в дрожжах. Эти кислоты являются частью более широкой группы свободных жирных кислот — ключевых компонентов питательных веществ, мыла, промышленных химикатов и топлива. Также было идентифицировано семь новых генетически модифицированных мутантов дрожжей Saccharomyces cerevisiae, производящих повышенные уровни этих кислот.
Исследование, проведённое в Центре инноваций в области передовой биоэнергетики и биопродуктов (CABBI), опубликовано в журнале Biotechnology and Bioengineering.
Группа профессора Хуиминя Чжао генетически модифицирует дрожжевые клетки для увеличения производства жирных кислот — ключевых компонентов биодизеля, жирных спиртов, восков и олефинов (строительных блоков для моющих средств, клеев и пластиков).
Однако способность контролировать точный состав MCFAs в этих микробных «фабриках» ограничена из-за отсутствия высокопроизводительного метода для быстрого анализа большого числа образцов.
Чтобы решить эту проблему, исследователи совместно с группой профессора Джонатана Суидлера разработали инструмент высокопроизводительного скрининга на основе MALDI-ToF MS (матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации с время-пролётным масс-анализатором). Метод позволяет анализировать до 2000 дрожжевых колоний в час (примерно один образец за две секунды) по сравнению с 30 минутами на образец при традиционных методах. Общее время обработки также значительно сокращено: 2–3 минуты против 3–4 часов на образец.
Поскольку среднецепочечные жирные кислоты летучи и их сложно детектировать напрямую, учёные использовали косвенный маркер — мембранные липиды дрожжевых клеток. Они выдвинули гипотезу, что повышенные уровни фосфатидилхолинов (PCs) с более короткими ацильными цепями будут коррелировать с большей способностью производить MCFAs.
Гипотеза была подтверждена сравнением профилей MALDI-ToF MS природных дрожжей и двух генетически модифицированных штаммов, которые, как известно, производят больше MCFAs. Мутанты имели больше короткоцепочечных PCs. Эти предварительные данные были затем подтверждены более точными методами жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии.
Используя установленный метод скрининга, команда CABBI обнаружила два выраженных пика на масс-спектре, коррелирующих с фосфолипидами, что служило индикатором производства MCFAs. Было идентифицировано семь новых мутантных штаммов с повышенной продукцией этих кислот.
В будущем метод может быть модифицирован для скрининга других типов продуктов, таких как длинноцепочечные жирные кислоты или жирные спирты. Исследователи планируют продолжить работу на роботизированной системе iBioFAB, что позволит масштабировать проект для тестирования миллионов потенциальных мутантов.
Эти жирные кислоты (C6–C12) важны для здоровья человека и производства полезных продуктов, например, омега-3 кислот.
«Если в будущем мы сможем напрямую производить биотопливо и биопродукты, такие как жирные кислоты, из микробных клеток в больших масштабах, это значит, что нам не нужно будет использовать нефть», — отмечает ведущий автор Пу Сюэ.