Batteri ingegnerizzati per uso industriale
Fino a poco tempo fa, l’ingegneria genetica dei sistemi procariotici si è affidata alla consueta progettazione, la quale non è sufficientemente robusta. È presente un consenso verso robusti e prevedibili approcci che facilitano una progettazione personalizzabile, seppure standardizzata, di batteri ingegnerizzati. Verso questo obiettivo, il progetto ST-FLOW (Standardization and orthogonalization of the gene expression flow for robust engineering of NTN (new-to-nature) biological properties), finanziato dall’UE, ha posto il proprio interesse di ricerca su tutti i passaggi, partendo dall’assemblaggio di sequenze di DNA fino alla produzione di batteri ingegnerizzati. I ricercatori erano particolarmente interessati all’ambito di progettazione e ingegnerizzazione di ceppi batterici su misura per biocatalisi e biosensori ambientali. Nell’approccio bottom-up, essi hanno fuso librerie di segnali di espressione genica con adatti sistemi reporter e rivisitato alcune lacune nella conoscenza diffusa del flusso di espressione genica. Il consorzio ha sviluppato coerenti piattaforme vettoriali per l’assemblaggio fisico/automatizzato dei pezzi di DNA. Un flusso di lavoro di assemblaggio del DNA chiamato montaggio di sovrapposizione modulare con adattatori (MODAL, modular overlap-directed assembly with linkers) è stato sviluppato per collegare le sequenze di DNA di parti funzionali distinte. È stato affrontato un notevole sforzo per l’identificazione dei motivi di mRNA che influenzano la degradazione e traduzione di specifiche trascrizioni, nonché la quantificazione del tasso di trascrizione. A tale scopo, i ricercatori hanno ideato dei protocolli sperimentali al fine di stimare il tasso secondo il quale le RNA polimerasi passano attraverso una specifica posizione di promotore, immaginando il processo reale all’interno di una cellula batterica. È stato istituito un nuovo approccio combinatorio per la progettazione di siti di segmentazione delle proteasi, all’interno di una proteina di interesse. Ciò faciliterebbe l’ottenimento di un interruttore di proteomica in grado di cambiare il regime interamente metabolico dei batteri in esame. I risultati finali dello studio comprendono una gamma di ceppi batterici con proprietà innovative, come la capacità di rilevare l’arsenico. Collettivamente, lo studio ST-FLOW ha trasformato un insieme di principi per la composizione fisica in proprietà funzionali prevedibili dei sistemi procariotici. La conoscenza generata e gli strumenti aiuteranno a superare i limiti dovuti alle dimensioni dei batteri naturali e a dotarli di nuove proprietà. Si prevede che questi procarioti ottenuti affrontino le principali esigenze biotecnologiche, come per esempio biosensori di piccole molecole importanti in ambito medico e rilevatori di inquinanti ambientali.
Parole chiave
Batteri, bioingegneria, ST-FLOW, vettore, sito di scissione delle proteasi
