Ukierunkowana ewolucja bakterii w produkcji białek projektowanych
W ramach projektu DESB (Directed evolution in vivo enabled through genetic circuits in a synthetic biology approach) udało się opracować całkowicie nowe podejście w tym zakresie. Dzięki użyciu bakterii E. coli w zestawie do mutagenezy indukowanej in vivo udało się wyprodukować białka o optymalnej jakości i żądanych właściwościach. Do opracowania obwodów genetycznych służących do kontroli tempa mutagenezy i zapewnienia rygorystycznych kryteriów wyboru wykorzystano metody biologii syntetycznej. Na początku uczestnicy projektu DESB stworzyli i wdrożyli standard Biopart Assembly Standard for Idempotent Cloning (BASIC) definiujący metody produkcji wysoko wydajnych obwodów genowych. Ta prosta, uniwersalna i niezawodna metoda asemblacji DNA zapewnia niespotykaną dotąd dokładność rzędu 90% w przypadku asemblacji z siedmiu fragmentów i 99% w przypadku asemblacji z czterech fragmentów. Główną zaletą tej metody jest jej modułowość – dzięki temu naukowcy mogą stworzyć obszerne, uniwersalne biblioteki fragmentów i dzielić się nimi z innymi. Standard BASIC może być wykorzystywany również do kodowania promotorów, miejsc wiążących rybosom, wariantów genów oraz bibliotek znaczników białkowych. Na jego podstawie opracowano również obwody genowe funkcjonujące jako kontrolery zestawów do mutacji genowych. Naukowcy z powodzeniem wykazali możliwość selektywnego działania na określony gen w żywej komórce, czego dowodem jest deaminacja cytozyny do uracylu. Dodatkowo przeprowadzona w ramach projektu zmiana sekwencji genowej białka zielonej fluorescencji (GFP) pozwoliła ocenić wpływ mutacji na fluorescencję. Przełomowe wyniki projektu DESB to pierwszy krok w stronę samoewoluujących, samoselektywnych systemów do produkcji konkretnych białek na skalę przemysłową. Powinny one usprawnić badania nad różnorodnością mutacji i umożliwić wybór oraz optymalizację białek przez obwody genowe in vivo. Ta nowa technologia może być stosowana np. w produkcji nowych substancji chemicznych, bioleków, zrównoważonych paliw oraz nowej klasy materiałów o kontrolowanych właściwościach.
Słowa kluczowe
Ewolucja ukierunkowana, produkcja białek, DESB, obwody genetyczne, mutageneza