Выведены дрожжи, различающие цвета
В Национальном университете Сингапура вывели дрожжи, которыми можно управлять светом. Результаты экспериментов вышли в журнале Nature Communications. Прорывом в них стало объединение в одном штамме различных реакций на разные цвета.
Объектом генетической модификации стали пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Ученым впервые удалось сделать так, что красный свет активирует в них один ген, синий — другой, и избежать при этом перекрестной реакции.
Сложнее всего было заставить дрожжи надежно реагировать на красный. Обычно для этого требуется внедрение нескольких чужеродных генов, дополнительных кофакторов (молекул-«помощников») либо сложные условия культивирования. Исследователи адаптировали светочувствительный инструмент, ранее применявшийся в бактериях и клетках млекопитающих, в один единственный белок для сахаромицетов — его назвали y-iLight.
При облучении красным светом y-iLight связывается с определенной последовательностью ДНК и включает нужные гены, и для этого ему не нужны никакие вещества кроме тех, что уже содержатся в дрожжах.
Изначально y-iLight активировался также синим светом. Для устранения этого недостатка к нему присоединили белковые модули, которые ослабляют его активность именно при синем свете, и перебрали разные комбинации, чтобы не снизилась чувствительность к красному.
Доработанную таким образом оптогенетическую систему объединили с уже известным транскрипционным фактором EL222, который реагирует на синий свет, и получили таким образом управляемый по двум каналам штамм дрожжей.
«Достичь такой степени независимости, чтобы две системы не мешали друг другу, было серьезнейшим препятствием в работе с дрожжами. Решив проблему перекрестной активации синим светом, мы открыли путь к гораздо более сложному генетическому программированию дрожжей с помощью цвета», — подчеркнул синтетический биолог Линус Тан Ю Хань, ведущий автор статьи.
Разработку испытали в биосинтезе лютеолина — натурального флавоноида, растительного антиоксиданта. Под красным светом дрожжи вырабатывали один прекурсор, под синим другой, а переключение синий/красный дало нужное вещество — причем его выход зависел от порядка смены цветов и продолжительности облучения каждым из них.
Посредством оптогенетики с мультиплексированием — так это называется по-научному — можно управлять поведением дрожжей в самых разных сценариях. Например, превратить их в краски и выращивать изображения в чашке Петри, освещая ее разными цветами через трафареты.
«Дрожжи можно программировать с помощью нескольких цветов света, управляя экспрессией генов, метаболическими путями, поведением клеток и пространственным рисунком. Наша технология может найти применение в биопроизводстве, оптимизации метаболических путей и создании живых материалов», — подытожил руководитель исследования По Чуэ Лу.
