Ученые создали пекарские дрожжи с генами человеческих мышц.
Биотехнолог Паскаль Даран-Лапужаде и ее коллеги из Делфтского технологического университета успешно внедрили в ДНК пекарских дрожжей гены человеческих мышц. Впервые ученым удалось эффективно вставить важнейшую человеческую характеристику в дрожжевую клетку. Результаты их исследования были недавно опубликованы в журнале Cell Reports.
Лаборатория Даран-Лапужаде внедрила в дрожжевые клетки характеристику, которая регулируется набором из 10 генов, без которых человек не может жить; они несут в себе план метаболического пути, который расщепляет сахар для получения энергии и производства клеточных строительных блоков в мышечных клетках. Поскольку этот механизм задействован во многих заболеваниях, включая рак, модифицированные дрожжи могут быть использованы в медицинских исследованиях.
"Теперь, когда мы понимаем весь процесс, ученые-медики могут использовать эту гуманизированную модель дрожжей в качестве инструмента для скрининга лекарственных препаратов и исследования рака", - говорит Даран-Лапужаде. По ее словам, между дрожжами и человеком есть много общего: "Это кажется странным, поскольку дрожжи живут как отдельные клетки, а человек является значительно более сложной системой, но клетки работают очень похоже".
Ученые часто переносят человеческие гены в дрожжи, поскольку дрожжи устраняют все другие взаимодействия, которые могут существовать в человеческом организме, они создают чистую среду, в которой исследователи могут анализировать один процесс. "По сравнению с клетками или тканями человека, дрожжи являются фантастическим организмом благодаря простоте выращивания и генетической доступности: их ДНК можно легко модифицировать для решения фундаментальных вопросов", - объясняет Даран-Лапужаде. "Многие важнейшие открытия, такие как цикл деления клетки, были сделаны благодаря дрожжам".
Ранее Даран-Лапужаде удалось сконструировать искусственные хромосомы, которые служат ДНК-платформой для встраивания новых функций в дрожжи. Исследователи хотели проверить, как далеко они могут зайти, добавив несколько человеческих генов и полные метаболические пути, и смогут ли клетки по-прежнему функционировать как единое целое. "Что если мы перенесем в дрожжи ту же группу генов, которая контролирует потребление сахара и производство энергии в мышцах человека?", - задалась вопросом Даран-Лапужаде. "Сможем ли мы гуманизировать такую важную и сложную функцию в дрожжах?"
Инженерия гуманизированных дрожжей оказалась на удивление простой. "Мы не просто пересадили человеческие гены в дрожжи, мы также удалили соответствующие гены дрожжей и полностью заменили их генами человеческих мышц", - объясняет Даран-Лапужаде. " Может показаться, что невозможно заменить дрожжевую версию на человеческую, ведь это такой специфический и жестко регулируемый процесс как в клетках человека, так и в дрожжах. Но это работает как часы!"
Исследователи смогли сравнить экспрессию человеческих генов в дрожжах и в родной мышечной среде человека, используя выращенные в лаборатории клетки человеческой ткани. Свойства человеческих ферментов, произведенных в дрожжах и в родных человеческих клетках, были удивительно похожи, что подтверждает ценность новых гуманизированных дрожжей как модели человеческих клеток.
Этот один процесс - лишь малая часть человеческого метаболизма; существует еще много схожих процессов у дрожжей и человеческих клеток, которые можно изучать на гуманизированных дрожжах. Хотя Даран-Лапужаде занимается фундаментальными и технологическими аспектами инженерии дрожжей и поэтому не планирует самостоятельно изучать применение гуманизированных дрожжей, она надеется сотрудничать с другими учеными, заинтересованными в использовании этого инструмента.
"Это только отправная точка, - говорит она, - мы можем гуманизировать дрожжи дальше и шаг за шагом создавать более сложную человеческую среду в дрожжах".
