Ученые Северо-Западного университета разработали новую систему создания прототипов. Инновация получила название iPROBE (In Vitro Prototyping and Rapid Optimization of Biosynthetic Enzymes for Cell Design).
Синтетическая биология – новое направление науки. Ее задача состоит в исследовании возможностей изменения живых организмов. Ученые из областей физики, химии, молекулярной биологии и инженерии изучают вероятность использования инженерных принципов для соединения биомолекулярных компонентов.
Цель синтетической биологии – решить вопросы в области здравоохранения, энергетической безопасности и развития окружающей среды.
Благодаря синтетической биологии в будущем люди будут получать новые виды биотоплива и энергии из бактерий, создавать синтетические вакцины. Однако разработать, создать и оптимизировать новые структуры из различных генов, белков и других компонентов до сих пор оставалось сложной и длительной задачей.
При помощи iPROBE можно быстрее проектировать биологические системы, и сократить время получения устойчивых продуктов с месяцев до недель.
Система использует бесклеточный синтез белка, чтобы обогатить биосинтетические ферменты в тестовых образцах. Применив алгоритмы вычислительного проектирования, исследователи могут быстро изучить сочетания компонентов и настроить отдельные цепи. Это упрощает поиск ферментов с нужной функциональностью.
iPROBE допускает смешивать и сочетать компоненты, как ингредиенты для коктейлей. Благодаря этому возможно определять подходящие комбинации. Вместо месяцев или лет процесс сокращается до нескольких дней или неделей.
Для проверки работы системы исследователи разработали способ биосинтеза для двух органических соединений – 3-гидроксибутирата (3-HB) и бутанола. Для этого использовали Clostridium autoethanogenum – бактерию, которая естественным образом производит этанол из оксида углерода.
После анализа в iPROBE исследователи поделились результатами с сотрудниками стартапа Lanzatech, который специализируется на использовании штаммов клостридий для получения устойчивого топлива. В результате применения полученного способа производство 3-гидроксибутирата увеличилось 20-кратно.
Это достижение открывает возможность перейти от использования ископаемого топлива, к более устойчивым ресурсам, основанным на биосинтезе.
Что может быть лучше, чем преобразование биотоплива из выхлопных газов в промышленном масштабе?
Представьте, что в скором времени синтетическая биология изменит жизнь в разных сферах: энергопроизводстве, пищевой промышленности, здравоохранении, или даже решении проблем загрязнения окружающей среды.
