Bakterie stworzone dla przemysłu
Do niedawna w inżynierii genetycznej systemów prokariotycznych wykorzystywano standardowe rozwiązania, których skuteczność nie była wysoka. Istnieje zgoda co do tego, że potrzebne są skuteczne i przewidywalne podejścia, które umożliwiłyby zindywidualizowane, a jednocześnie standaryzowane projektowanie bakterii. W tym kontekście, uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu ST-FLOW (Standardization and orthogonalization of the gene expression flow for robust engineering of NTN (new-to-nature) biological properties) pracowali nad wszystkimi etapami tego procesu — od organizacji sekwencji DNA po produkcję bakterii. Uczeni byli w szczególności zainteresowani projektowaniem i tworzeniem szczepów bakterii przystosowanych do biokatalizy i bioczujników środowiskowych. W ramach oddolnego podejścia naukowcy połączyli biblioteki sygnałów ekspresji genów z odpowiednimi systemami reporterowymi oraz uzupełnili pewne luki wiedzy na temat przebiegu ekspresji genów. Konsorcjum opracowało koherentne platformy wektorów do fizycznego/zautomatyzowanego składania elementów DNA. Opracowano procedurę składania DNA o nazwie MODAL (modular overlap-directed assembly with linkers), umożliwiającą łączenie sekwencji różnych funkcjonalnych części DNA. Dużo wysiłku poświęcono zidentyfikowaniu motywów mRNA wpływających na degradację i translację poszczególnych transkryptów, a ponadto starano się określić tempo transkrypcji. W tym celu opracowano protokoły eksperymentalne umożliwiające szacowanie szybkości, z jaką polimeraza RNA przechodzi przez dane położenie promotera, co prezentuje rzeczywisty proces zachodzący w komórce bakterii. Przygotowano nową kombinacyjną metodę tworzenia miejsc cięcia proteazy w wybranym białku. Dzięki temu można by stworzyć proteomiczny przełącznik pozwalający na zmianę całego systemu metabolicznego badanej bakterii. W ramach badania powstało szereg szczepów bakteryjnych o nowych właściwościach, na przykład dotyczących zdolności do wykrywania arsenu. Uczestnicy projektu ST-FLOW wykorzystali zbiór zasad fizycznych do określenia przewidywalnych właściwości funkcjonalnych systemów prokariotycznych. Uzyskana wiedza i opracowane narzędzia pomogą w przezwyciężeniu ograniczeń związanych z wielkością naturalnych bakterii oraz umożliwiają nadanie im nowych właściwości. Te uzyskane przy pomocy inżynierii prokarionty powinny znaleźć zastosowanie w biotechnologii, na przykład jako bioczujniki ważnych z medycznego punktu widzenia małych cząsteczek, a także w wykrywaniu substancji zanieczyszczających środowisko.
Słowa kluczowe
Bakterie, bioinżynieria, ST-FLOW, wektor, miejsce cięcia proteazy
