Биоинженеры научатся точно включать и выключать гены.

В недавнем исследовании, проведенном под эгидой Бристольского университета, ученые продемонстрировали, как одновременно использовать несколько форм регуляции в живых клетках для строгого контроля экспрессии генов и открыли новые возможности для усовершенствования биотехнологий.

Спроектированные микробы все чаще используются для обеспечения стабильного и чистого производства химических веществ, лекарств и многого другого. Для того чтобы это стало возможным, биоинженеры должны контролировать включение и выключение конкретных наборов генов для обеспечения тщательной регуляции соответствующих биохимических процессов. И вот с этим ранее возникали серьезные проблемы. На данный момент механизм включения генов мягко говоря не изучен до конца.

Вероника Греко, ведущий автор и аспирант в Бристольской школе биологических наук, рассказала: «Хотя включение или выключение гена звучит просто, добиться того, чтобы живая клетка делала это по команде — реальная проблема. Каждая клетка немного отличается от других, и связанные с этим процессы не на 100% надежны».

Для решения этой проблемы команда черпала вдохновение в природе, где ключевые события часто контролируются несколькими процессами одновременно.

Вероника Греко добавила: «Если вы посмотрите на Венерину мухоловку, то заметите, что ловушка закрывается только тогда, когда механиеческое воздействие будет оказано несколько волосков». Это помогает снизить вероятность случайного закрытия ловушки. Мы хотели сделать нечто подобное при контроле экспрессии гена внутри клетки, добавив несколько уровней регуляции, и тем самым обеспечить его включение только тогда, когда мы этого хотим».

Профессор Клэр Гриерсон, соавтор и руководитель Школы биологических наук в Бристоле, добавила: «Этот проект интересен уже тем, насколько продуктивно использование двух основных процессов, присутствующих в каждой клетке и лежащих в основе всех транскрипций (синтез РНК по матрице ДНК) и трансляций (процесс синтеза белка на рибосомах, который происходит в цитоплазме клеток)».

Команда показала, что, используя этот тип многоуровневой регуляции, они могут создать одни из самых высокопроизводительных коммутаторов для экспрессии генов, созданных на сегодняшний день.

Более того, работая в сотрудничестве с доктором Амиром Панди и профессором Тобиасом Эрбом из Института наземной микробиологии Макса Планка в Бристоле, команда смогла сделать еще один шаг вперед. Они продемонстрировали, что даже при использовании технологии вне живых клеток, эти многоуровневые системы предлагают наиболее строгий контроль над экспрессией генов.

Доктор Томас Гороховски, старший автор и научный сотрудник Королевского научного общества в Бристоле, объяснил: «Когда мы создаем бактерии, мы часто пытаемся максимально упростить наши системы, думая, что мы сможем лучше контролировать происходящее. Однако сегодня мы показали, что охват некоторых из присущих биологии сложностей может стать ключом к полному раскрытию ее потенциала для высокоточных биотехнологий завтрашнего дня».

Ознакомиться с полным текстом исследования можно, прочитав статью в журнале Nature Communications.

Между прочим, биотехнологии – одно из наиболее перспективных направлений науки, а доменная зона .bio создана в первую очередь для того, чтобы предоставить выделенное именное пространство для всех отраслей промышленности и бизнес-сегментов, чья деятельность связана с понятием «био».