Ученые из Московского физико-технического института разработали уникальный метод избирательного подавления защитной функции у бактерий Bacillus licheniformis – один из ключевых микроорганизмов, применяемых в мировой биотехнологической отрасли для получения ферментов, антибиотиков и прочих соединений. Данное открытие открывает возможности для существенного улучшения эффективности генетической модификации промышленных бактериальных штаммов. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Для противодействия вирусам бактерии используют системы рестрикции-модификации (РМ-системы), которые нацелены на инородную ДНК. Долгое время этот природный механизм препятствовал генетической модификации промышленных микроорганизмов, создавая трудности при введении в их геном полезных генов.
Специалисты Московского физико-технического института провели исследование новой рибосомальной системы I типа BlihIA, найденной у бактерии Bacillus licheniformis (один из ключевых производителей промышленных ферментов – протеаз и амилаз, применяемых в производстве моющих средств, пищевых продуктов, текстиля и биотоплива). С помощью секвенирования нового поколения ученым впервые удалось установить точную последовательность ДНК, которую распознает и воздействует система BlihIA.
«Мы не только представили описание защитной системы, но и впервые продемонстрировали возможность её эффективного подавления в лабораторных условиях с использованием белка ArdB. До этого момента предполагалось, что белки данного семейства проявляют активность исключительно в живых клетках, что создавало определенные трудности в их исследовании и применении. Наше исследование пересматривает сложившиеся представления », – сообщил один из авторов публикации, инженер лаборатории молекулярной генетики Московского физико-технического института Родион Березов.
Главная польза данного исследования заключается в представлении двух новых стратегий. Прежде всего, теперь, располагая информацией о конкретной мишени системы BlihIA, исследователи смогут разрабатывать плазмиды для генетической трансформации Bacillus licheniformis без этих последовательностей, что позволит им «обходить» защиту бактерии. Во-вторых, они могут использовать сам белок-подавитель ArdB как инструмент для временного отключения RM-системы, что может значительно повысить эффективность трансформации штаммов-продуцентов на основе Bacillus licheniformis.
«Результаты эксперимента оказались очевидными: очищенный комплекс BlihIA расщеплял исключительно определенную последовательность ДНК. Однако, при внесении ArdB этот процесс был полностью прерван. Это служит непосредственным подтверждением воздействия ArdB на взаимодействие BlichIA с ДНК», – отметила первый автор исследования, старший научный сотрудник Лаборатории молекулярной генетики МФТИ Анна Кудрявцева.
Новое открытие устраняет одно из основных препятствий для работы не только с этим видом бактерий, но и с другими микроорганизмами, представляющими интерес для промышленности. Это облегчает разработку бактерий, используемых в фармацевтике, агробиотехнологиях и для производства биоразлагаемых материалов.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 24-74-00024.
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ