Вставляя одни гены и отключая другие, ученые решили основную проблему синтетической микробиологии.
Исследователи модифицировали обычные бактерии таким образом, что они стали производить целую радугу красителей для продуктов питания, одежды, косметики и многого другого. В исследовании также впервые подробно описано естественное производство двух цветов - зеленого и темно-синего. Некоторые красители могут быть получены естественным путем из растений. Индиго, например, добывают из листьев растений рода Indigofera. Но это трудоемкая задача, результаты которой могут быть разными. Синтетические альтернативы могут включать токсичные и побочные продукты, которые иногда выделяются в виде загрязняющих веществ. А потребители готовы платить больше за натуральные красители, говорит Санг Юп Ли, химический и биомолекулярный инженер из Корейского института науки и технологии. Поэтому он и его коллеги решили создать Escherichia coli, способную производить семь натуральных оттенков.
Исследователям пришлось не только настраивать микроорганизмы, добавляя специфические гены для производства красителей, но и помочь бактериям вывести красители в мир. Поскольку используемые красители являются гидрофобными, они обычно не могут пройти через мембраны бактериальных клеток; вместо этого они накапливаются внутри клетки и в конечном итоге убивают ее. Исследователи синтетической биологии, стремящиеся создать самоподдерживающиеся "фабрики клеток" для химических веществ, уже давно сталкиваются с этой проблемой.
Ли и его коллеги генетически изменили E. coli, сначала для того, чтобы вырастить более длинные клетки, а затем преобразовать часть дополнительной площади поверхности мембраны в мешочки, которые могут окружать и выводить накопленные химикаты. Вместо того чтобы полностью вырезать соответствующие гены, что в некоторых случаях может привести к гибели бактерий, они ввели небольшие последовательности РНК, которые "заглушили" такие нежелательные, но важные гены. Они также ввели человеческий ген, который заставил бактерии сформировать микроскопические мешочки на своих мембранах для еще большей площади поверхности. Полный процесс описан в журнале Advanced Science.
Ли говорит, что его метод производства E. coli не обладает токсичными свойствами и может быть использован в промышленности уже сегодня, но "некоторые цвета будут стоить дороже, потому что [концентрации] все еще довольно низкие и их трудно производить".
Новая методика может в конечном итоге помочь создать микроорганизмы для производства гидрофобных антибиотиков, говорит биохимик Университета Дьюка Мета Кюн, который не принимал участия в исследовании. Эта возможность "была бы потрясающей в качестве хорошего источника для производства некоторых действительно трудно синтезируемых антибиотиков", - говорит она.
Ли работает в области метаболической инженерии уже 26 лет и называет эти радужные пищевые красители и красители для одежды своими последними попытками промышленного химического производства, которые также включают создание соединений, используемых в косметике и фармацевтике. Среди его коллег ходит шутка, добавляет он с улыбкой, что его цель - произвести все соединения, которые есть в каталоге Sigma-Aldrich.
