Как новые биосенсоры сделают кишечную палочку полезной

Как новые биосенсоры сделают кишечную палочку полезной

В будущем, заводы смогут использовать генетически запрограммированные клетки кишечной палочки для экологически чистого производства ценного химического сырья. Используя естественные метаболические процессы бактерии, ее можно будет перепрограммировать для переработки легкодоступных природных энергетических ресурсов в фармацевтические препараты, пластмассы и топлива.

«Основная идея заключается в том, чтобы ускорить эволюцию, создавая что-то полезное из доступных химических веществ», – прокомментировал эту идею профессор Гарвардского университета Джордж Чёрч. Ему первому удалось соединить воедино синтетическую биологию, метаболическую инженерию и генетику.

Ключевой момент в процессе метаболического программирования микроорганизмов – это  использование биосенсоров. Состоит биосенсор из такого биологического компонента, как флуоресцентный белок, а также из «детектора», который реагирует на присутствие определенного химического вещества в клетке. Биосенсоры действуют по принципу выключателей и рычагов, контролируя определенные функции программирования внутри клеток, а также распознавая какие именно элементы  производят наибольшее количество желаемого химического продукта.

На сегодняшний день в распоряжении ученых находятся всего несколько видов биосенсоров, которые имеют непосредственное отношение к биопроизводству ценных химических веществ. Исследователи Гарвардского университета во главе с  Джорджем Чёрч разработали целый ряд таких сенсоров, в которых не только увеличено количество переключателей и рычагов для комплексного генетического перепрограммирования кишечной палочки, но и встроены датчики, позволяющие микробам самим «сообщать» о своей собственной эффективности в производстве тех или иных продуктов.

Целью исследовательской команды, помимо усовершенствования работы биосенсора, является также разработка стратегий по возобновляемому производству химического сырья с использованием генетически сконструированного штамма кишечной палочки.

Соединяясь с зеленым флуоресцентным белком, биосенсоры заставляют клетки испускать видимый спектр света по шкале интенсивности прямо пропорциональной тому, насколько качественно они способны производить желаемый химический материал. С помощью такого исследования можно вычислить наиболее эффективные микробные клетки и использовать их в качестве биологического материала для выведения будущих колоний бактерий, тем самым создавая еще более выгодные и продуктивные бактерии с каждым последующим поколением.

На основе полученных данных могут появиться разработки новых технологий или программ в области экологического мониторинга с использованием генетически модифицированных микроорганизмов. Это послужит открытию новых горизонтов в изучении процессов метаболизма. Так, например, станет возможным получить предупреждающий сигнал, свидетельствующий о наличии загрязняющих веществ или токсинов.

«Наша команда ищет различные способы для создания еще большего количества биосенсоров, – заявил Д.Чёрч. – Мы пытаемся контролировать биологические процессы, для этого нам просто необходимы новые методы совершенствования своих навыков в области молекулярной биологии».

«Благодаря этой работе, Джордж и его команда приближает нас к экологически устойчивому будущему, в котором мы сможем всецело положиться на биопроизводство химического и фармацевтического сырья», — прокомментировал основатель и директор Wyss института, Гарвардского университета Дональд Э. Ингбер.

По материалам: www.novinky.cz, hpac.harvard.edu, wyss.harvard.edu