Исследователи перепрограммируют активность бактериальных генов с помощью красного света

Важные новости

Исследователи перепрограммируют активность бактериальных генов с красным светом

Архитектура и характеристика плазмидных систем для экспрессии генов, контролируемой красным светом, в бактериях. Фото: Nature Communications (2024 г.). DOI: 10.1038/s41467-024-49251-8

Исследователи из Университета Байройта изменили чувствительность бактериальных систем контроля активности генов к красному свету и перепрограммировали их молекулярный ответ на световой раздражитель. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, открывают захватывающие возможности биотехнологического применения бактерий.

Давно известно, что бактерии не только вызывают заболевания, но и широко используются в биотехнологии. В дополнение к давно зарекомендовавшим себя приложениям, например, для производства белков бактериями, бактерии с соответствующей конфигурацией в последнее время становятся все более важными для диагностики или даже лечения заболеваний.

В будущем возможен такой подход, какие бактерии направляются в нужные места в организме, чтобы они могли после активации выделять активные вещества или целенаправленно производить белки.

Чтобы иметь возможность использовать бактерии таким образом, хорошим вариантом является целенаправленная активация с помощью красного света, который может проникать в живую ткань. Однако для этого требуется понимание основ молекулярных реакций на внешние раздражители, такие как свет.

Своим исследованием исследовательская группа рабочей группы по фотобиохимии в Университете Байройта вносит свой вклад в понимание и развитие. новых подходов к активации бактерий красным светом. Группа также предоставляет фундаментальные принципы сенсорного восприятия бактерий.

Бактерии должны постоянно адаптироваться к изменяющимся внешним сигналам, таким как температура, значение pH или свет. На молекулярном уровне эти адаптации часто осуществляются путем добавления или отщепления фосфатных групп. У многих бактерий за эти процессы часто отвечает двухкомпонентная система, состоящая из светочувствительного фермента и регулятора.

Исследователи перепрограммируют активность бактериальных генов с помощью красного света

Стефани Майер и профессор, доктор Андреас Мёглич изучают агаровую пластину с бактериями, реагирующими на красный свет. Автор: UBT/Andreas Möglich

В некоторых системах фермент отщепляет фосфатные группы от регулятора под красным светом; в темноте фермент добавляет фосфатные группы к регулятору. Затем регулятор запускает дальнейшие молекулярные процессы в бактериях, такие как изменение активности гена, которое может быть использовано для производства практически любого белка.

Исследователи из Университета Байройта модифицировали бактериальную двухкомпонентную систему и таким образом показали, что бактериальные системы могут быть специфически перепрограммированы в их физиологическом ответе на внешние раздражители.

Для своей модельной системы Стефани Майер, аспирантка в рабочей группе по фотобиохимии, а руководитель рабочей группы профессор, доктор Андреас Мёглич заменил светочувствительный блок двухкомпонентной системы на другой. Это сделало двухкомпонентную систему в десять раз более чувствительной к красному свету, чем исходный вариант.

Причину более высокой чувствительности к свету исследователи нашли в измененной активности фосфатных групп: в модифицированной двухкомпонентной системе фосфатные группы под действием красного света отщеплялись быстрее по сравнению с исходной системой. Это означает, что система отключается даже при низкой интенсивности красного света.

Исследователи также изменили длину соединения («линкера») между светочувствительной единицей и остальной частью фермента. Они обнаружили, что системы с модифицированными линкерами обладают свойствами регуляции света и сигнальной реакции на генетическом уровне, противоположными исходным системам.

По мнению исследователей, полученные варианты с повышенной чувствительностью и перепрограммированной активностью служат в качестве новых инструментов для применения в синтетической биологии и биотехнологии.

«Результаты, полученные с помощью этой модельной системы, имеют общее значение для бесчисленных систем этого типа, которые регулируют важные бактериальные реакции, такие как развитие, движение и инфекционность. В Кроме того, мы создаем системы, которые можно использовать непосредственно в биотехнологии, которые позволяют активировать выработку любых белков красным светом», — говорит Мёглих.

Подробнее : Стефани С.М. Мейер и др., Использование двойственности гистидинкиназы-фосфатазы для создания двухкомпонентной передачи сигналов, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49251-8

Информация журнала: Nature Communications

Предоставлено Байройтским университетом

Новости сегодня

Последние новости