Исследователи из Принстонского университета (США) создали новый и улучшенный способ для более точного контроля генно-инженерных бактерий: просто включая и выключая свет. Исследователи разработали систему для управления одной из ключевых генетических цепей, необходимых для превращения бактерий в химические фабрики, производящие ценные соединения (например, изобутанол для биотоплива).
Метод использует свет для активации метаболизма у бактерий кишечной палочки (E. coli). Именно этот механизм является ключом к тому, чтобы бактерии производили ценные химические вещества. Генетический инструмент под названием OptoLac был продемонстрирован путем проецирования света в виде тигра на лабораторный сосуд. Только бактерии, подвергшиеся воздействию света, производили зеленый флуоресцентный белок.
«Все, что вам нужно, это освещение, — сказал Хосе Авалос, доцент кафедры химической и биологической инженерии, и главный автор исследования. — У метода есть множество потенциальных преимуществ, одно из которых — возможность легко настраивать и реверсировать индукционный сигнал».
Ученый и его коллеги не первые, кто произвел кишечную палочку, гены которой контролируются светом. Но они первыми использовали свет для контроля производства химикатов. Они также первыми использовали свет для управления лактозным опероном, группой генов, которая чаще всего используется для химической индукции у E. coli.
Обычно исследователи полагаются на добавление химического вещества, чтобы вызвать проявление генетически модифицированного признака. Но у этого метода есть серьезные ограничения. Нельзя просто удалить химическое вещество, поэтому ученым нужно ждать и смотреть, правильно ли была рассчитана доза.
Вместо того, чтобы полагаться на химический индуктор, исследователи создали бактерии, используя отсутствие света для вызова реакций, которые приводят к химическому образованию или производству белка. Это позволяет исследователям замедлить или остановить реакцию, просто включив свет. Свет также позволяет контролировать, где происходит реакция.
В одном эксперименте ученые продемонстрировали этот процесс. Они затемняли только определенные участки бактериальной чашки с помощью трафарета с изображением тигра, создавая флуоресцентный отпечаток в результате реакции избирательно активированных бактерий.
OptoLac, новый оптогенетический — или световой — метод команды, теперь дает ученым возможность использовать уже существующую технологию лактозных оперонов с дополнительной точностью и контролем. Свет, в отличие от химикатов, относительно недорого стоит, поэтому его использование снизит затраты и, возможно, углеродные отходы от химических процессов.
Кишечная палочка в настоящее время используется для промышленного производства широкого спектра товарных и специальных химикатов, от строительных блоков из пластика и синтетических волокон до высококачественных химикатов, таких как пигменты и ароматизаторы.
Также бактерии часто используются учеными для лучшего понимания основных принципов метаболизма, биосинтеза и других процессов. Новая технология может иметь важное значение не только для сферы биотехнологий, но и для других фундаментальных исследований.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemical Biology.