Прорыв в лаборатории может привести к удешевлению биотоплива, улучшению сельхозкультур и новым продуктам из растений

Ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley Lab) Генрик Шеллер и Доминик Локе разработали метод генетического «перепрограммирования» растений. Он позволяет с исключительно высокой точностью контролировать пространственное распределение экспрессии генов в тканях, одновременно значительно повышая уровень этой экспрессии.

Технология основана на создании искусственной петли положительной обратной связи (APFL). APFL — это искусственно созданный сегмент ДНК, который кодирует инструкции для производства дополнительных копий главного транскрипционного фактора. При вставке в начало выбранного биосинтетического пути (например, производства целлюлозы) клетка растения будет синтезировать целевой продукт и одновременно создавать новые копии запустившего цикл фактора, многократно усиливая процесс.

Метод отличается от классической генной инженерии: «Мы используем только фрагменты ДНК, уже присутствующие в этом растении, и просто по-новому их компонуем. Мы не привносим чужеродную ДНК», — пояснил Шеллер. За это изобретение ученые получили премию R&D 100 Award.

Конкурентное по цене биотопливо

На основе технологии ученые основали стартап Afingen. Компания получила грант Small Business Innovation Research (SBIR) в размере $1.72 млн на разработку растений свитчграсса, которые будут содержать на 20% больше ферментируемых сахаров и на 40% меньше лигнина в определенных структурах.

Проблема высокого содержания лигнина в сырье для биотоплива заключается в сложности и дороговизне его переработки. Снижение лигнина удешевляет высвобождение углеводов для преобразования в топливо. Метод Afingen позволяет сохранить высокий уровень лигнина только в сосудистых клетках, проводящих воду (где необходима прочность), и снизить его в остальных частях растения.

«Технико-экономическое моделирование, проведенное в JBEI, показало, что сокращение лигнина всего на 20% дает снижение цены биотоплива на 23%», — отметил Локе.

Другие применения и лицензиаты

Технология APFL применима также к грибам и имеет широкий спектр применений:

• Повышение урожайности пищевых культур.
• Увеличение производства специализированных молекул для фармацевтической и химической промышленности.
• Улучшение качества кормовых культур (повышение содержания сахара, улучшение усвояемости).
• Биопроизводство: растения могут стать «фабриками» для выращивания новых фармацевтических препаратов, специальных химикатов или полимерных материалов.

Технологию уже используют другие компании:

• Bridgestone (соглашение CRADA с JBEI) — для разработки более продуктивных каучуконосных растений.
• FuturaGene (эксклюзивная лицензия) — для оптимизации качества древесины эвкалипта и других культур для целлюлозно-бумажной промышленности и биоэнергетики.

Afingen — третий стартап, выделившийся из JBEI.