Đội làm cho bước đột phá trong việc sắp xếp bộ gen tổng hợp

Anonim

Một nhóm sinh học tổng hợp tại Đại học Thiên Tân (TJU) đã báo cáo các phương pháp và chiến lược mới để sắp xếp lại bộ gen và tăng tốc sự tiến hóa của các chủng nấm men với ba nghiên cứu mới nhất được công bố trên tạp chí Nature Communications vào ngày 22 tháng 5 năm 2018.

Các ấn phẩm là một phần của nỗ lực hướng tới việc áp dụng các nhiễm sắc thể nấm men được thiết kế tổng hợp về mặt hóa học. Một bộ sưu tập gồm bảy bài báo mới được công bố từ bảy trường đại học ở bốn quốc gia, bao gồm Đại học Thiên Tân và Đại học Thanh Hoa ở Trung Quốc, Đại học New York (NYU) và Đại học Johns Hopkins ở Mỹ, Đại học Edinburgh và Cao đẳng Hoàng gia Luân Đôn ở Anh, cũng như Đại học Potsdam ở Đức.

Các tế bào nấm men thiết kế kết hợp sự sắp xếp lại và sửa đổi nhiễm sắc thể tổng hợp của hệ thống tiến hóa qua trung gian LoxP (SCRaMbLE) cung cấp một nền tảng để tạo ra sự đa dạng kiểu gen. Tuy nhiên, biểu hiện rò rỉ của công tắc Cre, tỷ lệ khử độc tính cao và nguồn gốc biến dạng đơn trước đây hạn chế việc áp dụng SCRaMbLE. Để vượt qua những thách thức này, Bin Jia, Yi Wu và các cộng tác viên đã phát triển một hệ thống SCRaMbLE có thể điều khiển chính xác trong nấm men bội thu và lưỡng bội tổng hợp.

"Làm thế nào để kiểm soát quá trình SCRaMbLE là rất quan trọng cho các sinh vật có lợi thế cụ thể, bởi vì rò rỉ SCRaMbLE làm giảm sự ổn định của chủng với kiểu hình cố định", Bin Jia, người đã xây dựng một cổng AND di truyền dựa trên sự kiểm soát phiên mã của promoter GAL và vị trí nội bào của miền liên kết estrogen. Cổng AND này được thực hiện với độ tin cậy cao hơn mà không bị rò rỉ. Như một bằng chứng về khái niệm, kiểm soát cổng AND của SCRaMbLE có thể làm tăng sản lượng carotenoid được sản xuất trong men synv.

Yi Wu, người đã đưa ra ý tưởng sử dụng SCRaMbLE trong các chủng lưỡng bội, cho biết: “Việc xóa các mảnh lớn chứa các gen thiết yếu trong men haploid có thể dẫn đến mất khả năng tồn tại, có khả năng làm giảm sự đa dạng do SCRaMbLE tạo ra”. Chiến lược này cho phép các alen cần thiết trong các nhiễm sắc thể loại tự nhiên vẫn còn nguyên vẹn và cải thiện thành công sự đa dạng bộ gen. Dựa trên sự kiểm soát chính xác của SCRaMbLE trong các chủng lưỡng bội, nhóm TJU đã phát triển một chiến lược gọi là Multiplex SCRaMbLE Iterative Cycling (MuSIC) để tăng sản xuất carotenoids lên tới 38, 8 lần qua 5 chu trình lặp của SCRaMbLE.

Với các cộng tác viên từ NYU, Yi Wu dẫn đầu nghiên cứu về SCRaMbLEing trong dị hợp tử và giao nhau. Trong nghiên cứu này, họ đã báo cáo một tập hợp các lưỡng bội dị hợp tử bằng cách giao phối các chủng nấm men tổng hợp với các chủng bản địa. "Các chủng lưỡng bội dị hợp tử này tận dụng kiểu gen linh hoạt của nấm Sc2.0 và kiểu hình mạnh mẽ của nấm men hoang dã", Yi Wu cho biết, nghiên cứu này đã thiết lập rằng SCRaMbLE có thể thúc đẩy sự tiến hóa kiểu hình trong các chủng lai dị hợp và giao nhau.

Ngoài ra, Yi Wu, Rui-Ying Zhu và cộng tác viên đã phát triển một công nghệ DNA SCRaMbLE trong ống nghiệm cho việc xây dựng thư viện đa dạng cấu trúc và tối ưu hóa con đường sinh tổng hợp. "Hệ thống này cung cấp một cách đơn giản để tương quan kiểu hình và kiểu gen và một chiến lược mới cho tối ưu hóa sinh hóa, nó cho phép tăng tốc phát hiện sinh học và phát triển vi khuẩn công nghiệp sản xuất", Yi Wu nói.

"Các phương pháp SCRaMbLE được cho là có khả năng là một công cụ mạnh mẽ để tăng sản xuất hóa chất dựa trên sinh học và cũng để khai thác kiến ​​thức sâu", giáo sư Ying-Jin Yuan của TJU cho biết. Những phát hiện này đặc biệt quan trọng, và nhóm nghiên cứu sinh học tổng hợp của TJU đã bắt đầu một chặng đường dài mới để thúc đẩy tiến hóa bộ gen nhằm cải thiện sức khỏe con người, phòng ngừa và chữa bệnh, cung cấp năng lượng sạch và thúc đẩy môi trường bền vững.

menu
menu