«Перспективы бесконечны»: как новый метод генетической модификации может повлиять на технологический прогресс

Генный конструктор

Учёные из Университета Тафтса (США) «перепрограммировали» дрожжевые грибы. Биологам удалось ускорить их рост, а также включить в рацион микроорганизмов вещества, которые раньше они переварить не могли.

В новом исследовании был использован регулон GAL — небольшая группа генов, находящаяся под контролем одного гена-регулятора. Обычно регулон GAL контролировал переработку галактозы — любимого питательного вещества дрожжей. Однако в ходе эксперимента учёные заменили некоторые из генов теми, которые активируются ксилозой — сахаром, полученным из трудно перевариваемых частей растительного сырья. Все остальные гены в группе GAL остались неизменными. При этом механизм взаимодействия нового, искусственного регулона и генов, отвечающих за питание и выживаемость клетки, не изменился. Модификация позволила дрожжевым клеткам расти быстрее и с большей производительностью.

«Вместо того, чтобы строить метаболическую сеть с нуля, мы можем просто перестроить существующие регулоны, чтобы организм мог активно расти на новом питательном веществе», — рассказал автор исследования, доцент кафедры химической и биологической инженерии Университета Тафтса Никиль Наир.

Учёные также выяснили, что у генов, активированных регулятором XYL, интенсивнее работают различные механизмы роста, например деление клеток и производство аденозинтрифосфорной кислоты — универсального источника энергии для всех биохимических процессов.

Промышленное применение

Американские микробиологи считают, что разработанная ими технология может существенно ускорить и облегчить производственные процессы в фармакологии, а также в таких отраслях, как выработка промышленных химикатов и биотоплива.

• Reuters
• © Harrison McClary

Авторы исследования говорят, что их метод будет эффективен и при разработке новых искусственных организмов, которые также можно применять в промышленности.

Также по теме

Вопреки генам: может ли человек поменять структуру своего микробиома

Человек способен изменить структуру своего микробиома — совокупности всех бактерий в организме, если будет вести здоровый образ жизни....

Например, ГМО-дрожжи, потребляющие ксилозу, можно использовать при производстве этанола в качестве биотоплива. Раньше учёные опасались, что расширение области использования биотоплива приведёт к росту цен на продукты питания, ведь для его производства использовались большие объёмы таких сельскохозяйственных культур, как, например, кукуруза. Однако метод, при котором дрожжевые грибы научились сбраживать ксилозу, открывает новые, более дешёвые способы выработки биотоплива.

«В нашем исследовании мы опробовали ксилозу, но регулоны можно перестроить таким образом, чтобы организмы эффективно усваивали любые другие виды сахаров и питательных веществ, которые раньше они переваривать не могли», — отметил Наир.

В беседе с RT он также рассказал, что новый метод позволяет использовать ГМО-бактерии для ликвидации последствий нефтяных разливов: микроорганизмы будут просто поедать нефть с поверхности воды. По словам учёного, таким же образом можно «перепрограммировать» слизней, которые помогут понизить щёлочность почвы.

«Перспективы перепрограммирования ДНК бесконечны и помогут развиваться различным сферам науки и жизни: от создания инновационных биотехнологических материалов до получения модифицированных растений с возросшей способностью к фотосинтезу. Синтетическая биология в целом помогает учёным разобраться, как функционируют различные организмы», — заключил заведующий лабораторией Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН Сергей Киселёв.

При этом учёные предостерегают: создание и регулирование генных модификаций — архисложная задача, поэтому при масштабном применении подобных технологий ситуация вполне может выйти из-под контроля. 

«В деле инженерии не всегда удаётся получить организмы с заданными свойствами, некоторые последствия остаются малоизученными. Подобные методы можно использовать и во вред, например для создания биологического оружия», — рассказал в беседе с RT профессор факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ им. М.В. Ломоносова Александр Куликов.