Komórki wytwarzające substancje na zamówienie
Bacillus subtilis (B. subtilis), bakteria naturalnie występująca w glebie i sianie oraz jelicie ludzkim, jest bardzo podatna na manipulacje genetyczne. Jest więc obecnie stosowana jako organizm modelowy w badaniach i produkcji przemysłowej takich składników odżywczych, jak witamina B. Projekt "Bacterial synthetic minimal genomes for biotechnology" (BASYNTHEC) umożliwił ograniczenie do minimum ilości genów u bakterii B. subtilis, aby stała się doskonałą fabryką komórkową. Umożliwiło to zespołowi badawczemu zwiększyć wydajność produkcji witaminy B5 o 40%. Przetarto też szlaki w badaniach nad wpływem usuwania genów na regulację procesów komórkowych i przeżycie komórek. Usunięcie dużej ilości materiału genetycznego z komórki może prowadzić do nieakceptowalnego zmniejszenia produktywności. Naukowcy z projektu BASYNTHEC obeszli ten problem korzystając z modelowania komputerowego i dobierając geny istotne dla optymalnego przebiegu procesów produkcji. Kolejnym etapem było wprowadzenie do podstawowej, przetwarzanej genetycznie bakterii "wtyczek", tj. grup genów, które regulują wymagane funkcje. Wybrano łącznie 290 nowych szczepów wytwarzających witaminę B5 i 405 szczepów wytwarzających alfa-amylazę, zredukowano a następnie odbudowano i poddano wysokoprzepustowym badaniom przesiewowym. Alfa-amylaza jest enzymem o licznych zastosowaniach w przemyśle. Służy między innymi do wytwarzania syropów z podstawowych roślin uprawnych, takich jak pszenica, ryż i ziemniaki. Gdy istnieje tak wiele potencjalnych szczepów, szybkość badań przesiewowych, umożliwiających dobór optymalnych mikroorganizmów, jest bardzo istotna. Jeden z partnerów projektu BASYNTHEC złożył dwa wnioski o ochronę patentową technologii wysokoprzepustowych badań przesiewowych szczepów B. subtilis o zwiększonej produkcji witaminy B5. Zespół projektu BASYNTHEC poczynił również ogromne postępy w badaniu mechanizmów oporności na antybiotyk o szerokim spektrum działania: sublancynę. Delecja genów jest jednym ze sposobów na określanie ich funkcji i naukowcom udało się zidentyfikować wiele genów uczestniczących w transporcie sublancyny i oporności na nią. Jest to istotny krok w kierunku poprawy skuteczności leczenia w obliczu problemu wzrastającej antybiotykooporności mikroorganizmów. Badanie BASYNTHEC stworzyło podwaliny pod wytwarzanie mikroorganizmów o podstawowych zdolnościach przetrwania i odpowiednich do wprowadzania modyfikacji zgodnych z wymogami produkcji. Możliwe, że łatwe projektowanie fabryk komórkowych już niebawem stanie się rzeczywistością.
Słowa kluczowe
Bacillus subtilis, fabryka komórkowa, gen, witamina B5, alfa-amylaza, sublancyna, mikroorganizm, produkcja