Синтетические биологи осуществили биохимическое переключение. Они переработали бактерию, которая обычно питается диетой из простых сахаров, в клетку, которая строит свои клетки, поглощая углекислый газ (CO 2 ), так же, как растения. Работа может привести к созданию микробов, которые высасывают CO 2 из воздуха и превращают его в лекарства и другие ценные соединения.
«Это имеет огромное значение», - говорит Дейв Сэвидж, биохимик из Калифорнийского университета в Беркли, который не был связан с работой. Такие достижения, по его словам, могут «в конечном итоге заставить нас изменить способ преподавания биохимии».
Биологи обычно разбивают мир на два типа организмов: «автотрофы», такие как растения и некоторые бактерии, которые в основном используют фотосинтез для превращения СО 2 в сахара и другие органические соединения, необходимые для построения их клеток. Между тем, «гетеротрофы» (это мы и почти все остальное) получают эти строительные блоки из организмов, которые они потребляют.
Синтетические биологи долго пытались спроектировать растения и автотрофные бактерии для производства ценных химикатов и топлива из воды и CO 2 , потому что он потенциально может быть дешевле, чем другие маршруты. Но до сих пор они добились гораздо большего успеха в получении гетеротрофной бактерии Escherichia coli - известной большинству людей как микроб, который живет в наших кишках и иногда вызывающей пищевое отравление, - чтобы производить этанол и другие желательные химические вещества дешевле, чем другие подходы. Однако это не всегда дешево; Эти сконструированные штаммы кишечной палочки должны питаться устойчивой диетой из сахара, что увеличивает затраты на усилия.
Итак, Рон Мило, синтетический биолог из Научного института Вейцмана в Реховоте, Израиль, и его коллеги решили посмотреть, смогут ли они превратить кишечную палочку в автотроф. Для этого они переработали две основные части метаболизма бактерии: как она получает энергию и какой источник углерода она использует для роста.
С энергетической точки зрения, исследователи не могли дать бактерии возможность осуществлять фотосинтез, потому что процесс слишком сложный. Вместо этого они вставили ген фермента, который позволил микробу съесть формиат, одно из самых простых углеродсодержащих соединений, и один другой штамм кишечной палочки не может есть. Микробы могут затем преобразовать формиат в АТФ, богатую энергией молекулу, которую могут использовать клетки. Эта диета дала микробу энергию, необходимую ему для использования второй партии из трех новых ферментов, которые он получил, и все они позволили ему преобразовывать СО 2 в сахара и другие органические молекулы. Исследователи также удалили несколько ферментов, которые бактерия обычно использует для метаболизма, заставляя ее расти в зависимости от новой диеты.
Однако эти изменения не привели к появлению бактерий, способных жить на формиате и CO 2 . Исследователи подозревали, что питательные вещества все еще направлены на его естественный обмен веществ. Таким образом, они помещали партии сконструированной кишечной палочки в сосуды, что позволяло им тщательно контролировать рацион микробов. Команда начала с голодной диеты из ксилозы, сахара, вместе с формиатом и CO 2 . Это позволило микробам, по крайней мере, выжить и размножаться.
Это также подготовило почву для эволюции: если бы у любого бактериального потомства появились генетические мутации, которые позволили им преуспеть на этой диете, они произвели бы больше потомства, чем те, которые не эволюционировали. Исследователи также неуклонно снижали количество ксилозы, доступной для микробов. Через 300 дней и сотни поколений мутировавшей кишечной палочки ксилоза исчезла. Выжили только те бактерии, которые превратились в автотрофы.
В целом, эволюционирующие бактерии обнаружили 11 новых генетических мутаций, которые позволили им выжить, не питаясь другими организмами, сообщает сегодня команда Cell . «Это действительно показывает, насколько удивительной может быть эволюция, поскольку она может изменить нечто столь фундаментальное, как клеточный метаболизм», - говорит Майло.
«Я кланяюсь им за успех», - говорит Пэм Сильвер, системный биолог из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, посвятивший годы подобному проекту.
Ученые ранее разработали десятки инструментов для манипулирования генами кишечной палочки , чтобы она производила различные соединения, такие как фармацевтические препараты и топливо. Это означает, что исследователи должны быть в состоянии вставить эти изменения в автотрофную кишечную палочку, которая поедает формиат, который легко производится путем закачивания CO 2 в воду с помощью электричества. В результате, формиат, полученный из энергии ветра и солнечной энергии, может помочь сконструированным бактериям производить этанол и другие виды топлива, или фармацевтические препараты, такие как препарат для борьбы с малярией артемизинин. Неплохо для макияжа.
Понравилась статья?! Подпишись и поставь лайк, помоги развитию канала. Всем желаю удачи и успехов.