Исследователи из DTU Biosustain (Центр биоустойчивости Фонда Ново Нордиск при техническом университете Дании) разработали новый инструмент, который значительно ускоряет и упрощает генную инженерию штаммов дрожжей, используемых в промышленной биотехнологии. Работа [опубликована](https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2426686122) в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Подход TUNEYALI позволяет учёным точно настраивать экспрессию генов в микробных клеточных фабриках, сокращая время и затраты, связанные с оптимизацией штаммов.
Этот прорыв, разработанный исследователями Вэй Цзяном, Шэнбао Ваном и профессором Ириной Бородиной, как ожидается, принесёт пользу широкому спектру биотехнологических приложений: от фармацевтики и пищевых ингредиентов до экологически чистых химикатов и средств для сельского хозяйства.
«Наша цель состояла в том, чтобы сделать инженерное дело со штаммами более эффективным без ущерба для точности», — говорит Вэй Цзян, исследователь из DTU Biosustain и соавтор исследования. «С помощью TUNEYALI мы теперь можем быстро тестировать и отбирать наиболее производительные штаммы, упрощая разработку производственных систем на основе дрожжей в промышленных масштабах».
В промышленной биотехнологии микробы, такие как Saccharomyces cerevisiae и Yarrowia lipolytica, подвергаются генной инженерии для производства ценных соединений путём ферментации. К ним относятся инсулин, омега-3 жирные кислоты, подсластители из стевии и феромоны, используемые для борьбы с вредителями. Однако процесс инженерного проектирования штаммов — оптимизация производительности микробов в промышленных масштабах — обычно медленный и ресурсоёмкий.
TUNEYALI решает эту проблему, внедряя модульный и итеративный метод контроля экспрессии генов. Система основана на создании библиотек промоторов, которые заменяют нативные промоторы перед целевыми генами, что позволяет исследователям проводить скрининг и выявлять наиболее эффективные модификации генома для желаемого фенотипа.
В этом исследовании учёные создали библиотеку промоторов, нацеленную на 56 факторов транскрипции, каждый с семью уровнями экспрессии. Применительно к Y. lipolytica инструментарий позволил быстро отобрать штаммы с:
«Что делает TUNEYALI мощным, так это его адаптивность», — объясняет исследователь Шэнбао Ван, соавтор исследования. «Он не ограничивается факторами транскрипции. Его можно расширить для изучения целых метаболических путей или регуляторных сетей и использовать для различных программ разработки штаммов».
В поддержку открытой науки команда сделала инструментарий и библиотеки общедоступными через [AddGene](https://www.addgene.org/kits/borodina-tuneyali/), некоммерческое хранилище.
TUNEYALI особенно актуален для:
Профессор DTU Biosustain и соавтор исследования Ирина Бородина подчёркивает более широкие последствия:
«Инженерное дело со штаммами занимает центральное место в создании новых биопроцессов, и это также наиболее трудоёмкая часть исследований и разработок. Переход на методы высокопроизводительной инженерии штаммов на основе библиотек значительно ускорит разработку. Мы надеемся, что подход TUNEYALI будет полезен для разработки новых клеточных фабрик Yarrowia и что этот подход на основе библиотек с заменой промоторов будет распространён на другие микроорганизмы».
Предоставлено [Техническим университетом Дании](https://phys.org/partners/technical-university-of-denmark/)