Ускоренная эволюция генома дрожжей: новый инструмент для биотехнологии

Учёные разработали новый способ ускорения эволюции генома пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae — тех же дрожжей, которые используются для производства хлеба и пива.

Цель — создание синтетического штамма дрожжей, который можно целенаправленно изменять. Это особенно перспективно для промышленной биотехнологии, например, для массового производства современных лекарств для лечения таких заболеваний, как малярия и туберкулёз (ТБ). Метод также может иметь серьёзные последствия для будущих исследований ДНК.

Под руководством профессора Патрика Кая из Манчестерского института биотехнологии в сотрудничестве с профессором Цзюньбяо Дай из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук 22 мая 2018 года в журнале Nature Communications были опубликованы две последовательные статьи.

Исследователи разработали «быстрый, эффективный и универсальный» способ преобразования дрожжей на молекулярном уровне с помощью метода SCRaMbLE (Synthetic Chromosome Rearrangement and Modification by LoxP-mediated Evolution). Эта система позволяет учёным «перетасовать колоду карт» генома и создавать новые штаммы дрожжей, которые по требованию могут рекомбинировать друг с другом, порождая новые комбинации генома, ранее не встречавшиеся в природе.

Дрожжи — очень хорошо изученный организм, и в биологическом смысле люди и дрожжи имеют ряд сходств в своём генетическом строении. Пересборка генома дрожжей с нуля помогает лучше понять основы человеческой жизни.

Профессор Кай поясняет: «По сути, мы можем ускорить инженерный цикл. Обычно на оптимизацию дрожжевых штаммов для промышленного применения уходят годы, но с SCRaMbLE это может занять всего два или три дня. Когда вы можете объединить инженерию с эволюцией, у вас в руках оказывается очень мощный инструмент».

Система SCRaMbLE не только позволяет исследователям интегрировать пути в синтетический геном дрожжей, но и сами дрожжи могут эволюционировать, чтобы стать лучшим «хозяином» в стрессовых условиях. Это даёт уникальную возможность для их эволюции, адаптации к вызовам и работы в экстремальных условиях, таких как экстремальные температуры и токсичная среда. Это делает метод особенно привлекательным для промышленной биотехнологии, например, для производства современных лекарств.

Разработка может иметь огромные последствия для будущих исследований ДНК и массового производства новых лекарств для лечения таких заболеваний, как малярия и туберкулёз.

Профессор Кай заявил: «Одним из самых захватывающих достижений в промышленной биотехнологии является синергия между синтетической биологией и метаболической инженерией, которая позволяет нам производить топливо, новые лекарства и высокоценные химические вещества, пищевые добавки, противоопухолевые молекулы и антибиотики. Я надеюсь, что технология, которую мы здесь разработали, поможет ускорить процесс биопроизводства этих важных продуктов».