Nowa metoda przyspiesza poszukiwania użytecznych enzymów
Enzymy to białka obecne we wnętrzu komórek. W przemyśle używa się ich do kontrolowania i przyspieszania reakcji, by sprawnie i precyzyjnie wytwarzać odpowiednie produkty końcowe: od farmaceutyków i biopaliw po żywność, napoje i towary konsumpcyjne. Ogromna wartość tych związków wynika z faktu, że dzięki ich zastosowaniu procesy przemysłowe stają się mniej toksyczne oraz bardziej rentowne i zrównoważone.
Poszukiwanie naturalnych enzymów do użycia w przemyśle
Choć odkrywamy coraz więcej enzymów, ich znajdowanie wcale nie jest łatwe. Aby odkryć nowy enzym w naturalnym środowisku, trzeba najpierw wskazać miejsce, w którym mogą żyć mikroorganizmy potrzebujące takiego związku. Zespół badawczy wspierany częściowo przez finansowane ze środków UE projekty METAFLUIDICS i PicoCB opracował nową technikę otwierania komórek, która może to ułatwić. Wyniki badań opublikowano na łamach czasopisma naukowego „ACS Synthetic Biology”. Metoda ta pozwala zachować kilka komórek w stanie nienaruszonym, dzięki czemu można je później zebrać i dokładniej zbadać. To istotny etap selekcji użytecznych enzymów. Enzymy biorą udział we wszystkich etapach replikacji DNA. „Zebranie DNA, ich sklonowanie i wprowadzenie do wnętrza mikroorganizmów jest proste”, wyjaśnia Rahmi Lale, współautor badania i naukowiec zajmujący się biologią syntetyczną na Norweskim Uniwersytecie Nauki i Technologii będącym partnerem projektu METAFLUIDICS, w artykule opublikowanym w witrynie „Phys.org”. „Trzeba jednak pamiętać, że rezultatem tych działań są setki milionów różnych komórek. Każda z nich ma unikalną zawartość, ale nie wiadomo, w której znajdziemy interesujące nas związki”.
Od selekcji po kontrolę liczby perforacji
Badacze oparli się na mikrofluidyce – nauce zajmującej się manipulowaniem i kontrolowaniem bardzo małych ilości płynów – by umożliwić sprawne (10 000 razy szybsze w porównaniu do starszych technik) przeprowadzanie selekcji mikroorganizmów. Mikroorganizmy umieszczane są w kroplach wody znajdujących się w płynnym nośniku na bazie oleju. Na potrzeby badań komórki należy jednak otworzyć, ponieważ większość użytecznych enzymów wytwarzana jest wewnątrz mikroorganizmów. System perforuje błonę komórkową, by umożliwić uwolnienie zawartości komórki do otoczenia. Taką treść komórkową można przebadać na obecność dowolnego, poszukiwanego przez badaczy enzymu. „Przygotowaliśmy substrat, który ma oddziaływać na szukany enzym”, mówi dr Lale. Jeśli wystąpi zgodność, nastąpi reakcja. Dzięki temu nowemu systemowi zespół może celowo pozostawić część komórek w stanie nienaruszonym, by je później zebrać. „Ponieważ kontrolujemy liczbę wykonywanych perforacji, mamy też wpływ na liczbę komórek, które obumierają. Nie każda komórka ginie, a to bardzo ważne”. Dr Lale tłumaczy: „Jeśli w jednej z kropli wykryjemy coś interesującego, możemy ją odzyskać, a ponieważ komórki rosną bardzo szybko, wystarczy umieścić taką kroplę w podłożu hodowlanym, by dzień później pojawiły się kolejne miliardy komórek. Dzięki temu odzyskiwanie DNA staje się niezwykle prostym zadaniem”. Obecnie badacze pracują wspólnie z Uniwersytetem w Cambridge ze Zjednoczonego Królestwa, pełniącym rolę koordynatora projektu PicoCB, nad użyciem tego systemu do badania próbek środowiskowego DNA pochodzących z różnych lokalizacji. Może to doprowadzić do odkrycia enzymów o fascynujących właściwościach. Projekt METAFLUIDICS (Advanced toolbox for rapid and cost-effective functional metagenomic screening - microbiology meets microfluidics) zakończył się w listopadzie 2020 roku. Realizacja projektu PicoCB (Exploring the Chemical Biology of Sequence Space via Picoliter Droplets) zakończy się we wrześniu 2022 roku. Więcej informacji: strona projektu METAFLUIDICS projekt PicoCB
Słowa kluczowe
METAFLUIDICS, PicoCB, enzym, proces przemysłowy, komórka, mikrofluidyka, mikroorganizm, kropla
