Функциональная предсказуемость универсальных генетических схем в разнообразных микробных организмах
Создание синтетических биологических схем в живых клетках для реализации конкретных функций (логические элементы, фильтры, осцилляторы и т.д.) долгое время ограничивалось несколькими модельными организмами, такими как Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae. Перенос этих схем в неродственные, "немодельные" организмы затруднен из-за различий в механизмах экспрессии генов и метаболизме.
Международная команда ученых из Пекинского университета и Китайской академии наук представила в журнале Quantitative Biology исследование, посвященное разработке универсальных генетических схем, способных надежно и предсказуемо работать в разных организмах.
Подход и методология
Исследователи разработали количественную систему для оценки универсальности и надежности биологических "частей" (parts) в немодельных организмах. Они охарактеризовали универсальные модули — активации на основе T7 РНК-полимеразы и набор модулей транскрипционной репрессии — в четырех микробных организмах: Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Pseudomonas putida и Escherichia coli.
Конвейер проектирования схем включает несколько этапов:
- Стандартизация регуляторных элементов (происходящих из бактерий и бактериофагов).
- Тестирование элементов с помощью простых моделей для обеспечения их стабильной работы в разных организмах.
- Комбинаторная характеристика и параметризация частей с помощью детального моделирования. Ключевые параметры, определяющие поведение частей, извлекаются из измерений и классифицируются как внутренние (intrinsic) или специфичные для организма (host-specific).
- Объединение стандартизированных частей в сложные схемы и использование комбинаторного моделирования для предсказания их поведения в разных организмах-хозяевах.
Значение работы
Как отмечает профессор Баоцзюнь Ван в комментарии к статье, эти результаты прокладывают путь к предсказуемому проектированию и настройке универсальных генетических схем со сложными функциями и открывают большие перспективы для автоматизации их разработки для разнообразных организмов.