Прорыв в редактировании генов морских микробов
Исследователи совершили крупный прорыв в разработке инструментов генного редактирования для изучения одних из важнейших океанических микробов на планете.
Международный проект, совместно возглавляемый учёными из Университета Восточной Англии (UEA, Великобритания), раскрывает потенциал крупнейшего неиспользуемого генетического ресурса для разработки натуральных продуктов, таких как новые антибактериальные, противовирусные, противопаразитарные и противогрибковые соединения.
Океанические микробы регулируют глобальные циклы углерода и необходимых питательных веществ, таких как азот и фосфор. Несмотря на их значимость, государственное и отраслевое финансирование по-прежнему в основном направляется на исследования и разработки с неморскими организмами. Отчасти это связано с недостаточной осведомлённостью о важности морских микробов, ограниченным пониманием их биологии, а также трудностями в доступе и устойчивом использовании.
Для решения этой проблемы требуются инструменты генетической манипуляции, которые ранее были недоступны для многих экологически и биотехнологически важных групп морских микробов, таких как протисты, которые имеют сходную с растениями и животными субклеточную организацию.
В отличие от растений и животных, они одноклеточные и обладают замечательным разнообразием. Некоторые представляют собой истоки сложных форм жизни на суше, другие, такие как фотосинтезирующие протисты (фитопланктон), вносят почти такой же вклад в глобальную фиксацию углерода за год, как и наземные растения.
Опубликованное в журнале Nature Methods новое исследование направлено на улучшение понимания фундаментальной биологии и эволюции морских протистов, что может иметь ценность для эволюционных исследований, нанотехнологий, биотехнологии, медицины и фармакологии.
Трёхлетний совместный проект, поддержанный в основном Фондом Гордона и Бетти Мур, объединил 53 международные лаборатории и более 100 исследователей. Его результатом стала разработка новых генетических модельных систем, обобщённых в синтетической «Дорожной карте трансформации». В ней описаны методы доставки ДНК, конструкции для экспрессии генов и подходы к редактированию генома; карта доступна в качестве ресурса для всего научного сообщества.
Ведущий автор из Великобритании, профессор морской микробиологии Школы наук об окружающей среде UEA Томас Мок заявил, что исследование опирается на десятилетия работы, способствовавшие формированию всё более целостной картины океанической экосистемы.
«Океаны содержат наиболее значительное микробное разнообразие на Земле с точки зрения поддержания её обитаемости, — сказал профессор Мок. — Эти организмы и функционирование их генов чрезвычайно важны для понимания из-за их жизненно важной роли для здоровья планеты. Они также демонстрируют, как жизнь эволюционировала за последние 1,5 миллиарда лет. Они настолько древние, что до сих пор не было возможности полностью понять их клеточную биологию и функциональное биоразнообразие.
Наши прорывные результаты в области генетических манипуляций позволят научному сообществу исследовать клеточные механизмы ряда важных протистов, что в совокупности даст представление об их размножении, метаболизме и сигналинге.
Эти знания улучшат наше понимание их роли в океанах и будут бесценны для биотехнологических приложений, таких как создание фабрик для производства биотоплива или биоактивных соединений».
В ходе исследования предпринимались попытки ввести чужеродную ДНК в геномы 39 видов протистов, чтобы понять функции их генов и адаптацию к изменениям. Более чем в 50% случаев генетические манипуляции прошли успешно, что теперь позволит исследователям проводить функциональные исследования тысяч новых генов, содержащихся в их геномах.