Un promoter hibrid activează genele atât în bacterii, cât și în drojdii
Cercetătorii de la Institutul Avansat de Știință și Tehnologie din Coreea (KAIST) au dezvoltat un element de control genetic denumit „promotor hibrid”, capabil să funcționeze atât în bacteria Escherichia coli, cât și în drojdia Saccharomyces cerevisiae, două organisme foarte diferite din punct de vedere evolutiv. Rezultatele au fost publicate în revista Nucleic Acids Research.
Pentru ca un microorganism să producă un compus de interes, genele responsabile de sinteza acestuia trebuie activate. Promotorul este secvența de ADN situată în fața unei gene, care controlează cât de puternic se exprimă acea genă. Problema este că E. coli și drojdia activează genele prin mecanisme diferite, iar un promotor care funcționează bine într-un organism poate să nu funcționeze deloc în celălalt.
Din acest motiv, producerea aceluiași compus într-un microorganism diferit a impus de fiecare dată selectarea unui promotor potrivit gazdei și reajustarea exprimării fiecărei gene de la zero.
Un singur element de control pentru două organisme
Echipa condusă de Juyoung Lee, profesor la Graduate School of Engineering Biology, a combinat într-o singură secvență elemente de ADN recunoscute atât de E. coli, cât și de drojdie. Practic, este un element de control partajat, proiectat astfel încât fiecare organism să își găsească semnalele de care are nevoie, deși cele două citesc genele diferit.
Prin varierea combinațiilor acestor elemente, cercetătorii au construit o serie de promotori cu putere variind de la slab la puternic. Promotorii au funcționat în ambele gazde, iar combinațiile puternice în E. coli au fost în general puternice și în drojdie. Aceasta nu înseamnă că cele două microorganisme produc cantități egale dintr-un compus, ci că ordinea relativă a puterii promotorilor, de la slab la puternic, se păstrează de la o gazdă la alta.
Producția de pigment urmează puterea promotorului
Echipa a testat apoi dacă noul element de control poate face mai mult decât să activeze o singură genă și poate fi folosit pentru producția de compuși. A fost ales un pigment verde a cărui sinteză necesită trei gene care acționează în secvență. Sub controlul elementului puternic, producția de pigment a fost de aproximativ 3,1 ori mai mare în E. coli și de aproximativ 2,6 ori mai mare în drojdie față de varianta slabă.
Rezultatul arată că sistemul poate controla cantitatea de compus produsă în ambele microorganisme. Cercetătorii au confirmat de asemenea că promotorii au funcționat și în alte tipuri de bacterii și drojdii.
Compararea gazdelor fără a o lua de la capăt
Această abordare ar putea ajuta cercetătorii să identifice care microorganism este cel mai potrivit pentru producerea unui anumit compus, deoarece același design de control genetic poate fi aplicat la mai mulți microbi, iar rezultatele producției pot fi comparate. Metoda ar putea reduce nevoia de a redesena elementele de control de la zero de fiecare dată când se schimbă gazda, deși optimizarea randamentului real va necesita în continuare ajustări specifice fiecărui organism.
„Ceea ce contează la această lucrare este că ne oferă un principiu de proiectare comun, care ne permite să anticipăm puterea relativă a unui promotor chiar și atunci când microorganismul se schimbă”, a declarat Lee. Ea a adăugat că se așteaptă ca abordarea să accelereze bioproducția, făcând mai rapidă proiectarea și compararea unei game de fabrici celulare microbiene.
So-Hee Son, Soo Young Moon și Nan-Yeong An de la KAIST sunt co-autori principali ai lucrării.
