Un grupo de investigadores de la Universidad de Kobe y la Universidad de Chiba ha desarrollado con éxito un método flexible y simple para producir conmutadores genéticos de levadura, un organismo modelo eucariota. El grupo estaba formado por el Investigador TOMINAGA Masahiro * 1 , Profesor asociado ISHII Jun * 2 y el profesor KONDO Akihiko * 3 de la Escuela de Graduados de Ciencia, Tecnología e Innovación / Centro de Investigación en Biología de Ingeniería de la Universidad de Kobe, y el profesor UMENO Daisuke et al. De la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Chiba.
Los interruptores genéticos son redes reguladoras de genes que controlan la expresión génica. Los investigadores establecieron una plataforma para crear interruptores genéticos que podrían aplicarse al desarrollo de células de levadura sofisticadas y controladas artificialmente para producir grandes cantidades de compuestos valiosos. Estos resultados de investigación se publicaron en 'Comunicaciones de la naturaleza' el 23 de marzo de 2021.
* 1 investigador de la Asociación de Investigación Tecnológica de Diseño Genético Altamente Eficiente TRAHED.
* 2 Ibíd. Vicedirector del Kobe Center.
* 3 Ibíd. Director del Kobe Center.
Puntos principales
antecedentes de investigación
El número y tipo de genes que posee un organismo no determina únicamente sus funciones vitales. El momento y la cantidad de proteínas producidas por un gen es decir, la expresión génica son otros factores que se sabe que producen alteraciones significativas. En el campode la biología sintética, los avances recientes han hecho posible generar muchas funciones celulares novedosas mediante el control artificial de la expresión de ciertos genes. Los interruptores genéticos son necesarios para controlar la velocidad y el tiempo de expresión génica. Un interruptor genético Figura 1 es unsistema regulador que activa o desactiva la expresión de un gen en particular en respuesta a un estímulo o inductor desde el interior o el exterior de la célula por ejemplo, la presencia de una sustancia química. En consecuencia, los interruptores genéticos sonuna herramienta esencial para la biología sintética, que tiene como objetivo diseñar y construir artificialmente funciones celulares.
Se han desarrollado muchos interruptores genéticos para organismos unicelulares simples procariotas como E. coli. Sin embargo, los sistemas de expresión génica en organismos eucariotas, como los seres humanos, las plantas y las levaduras, son más complejos. En consecuencia, existe un retraso en el desarrollo de cambios genéticos para estos organismos. Aunque la levadura es un organismo eucariota modelo,Los intentos de diseñar las funciones de sus células se han enfrentado a grandes limitaciones.
Metodología de investigación
Al construir interruptores genéticos, es muy difícil predecir dónde y cómo alterar los interruptores para permitir el control de la expresión génica. La ingeniería molecular evolutiva es un método útil para determinar esto Figura 2. El método implica la creación de una biblioteca devariantes del cambio genético induciendo aleatoriamente la mutación * 2 en parte o en todo el cambio genético, y luego seleccionando las variantes que muestran el rendimiento deseado. Aunque es fácil producir una gran cantidad de variantes, las variantes deseadas dentro de este número deben serSe identificó rápidamente. Se llevó a cabo un proceso artificial de eliminación selección para seleccionar las células que quedaban tanto cuando la expresión génica estaba "desactivada" como cuando la expresión génica estaba "activada" por un inductor específico. Sin embargo, si la selección es demasiado fuerteo demasiado débil, no es posible distinguir las mejores variantes. Aunque es necesario seleccionar variantes funcionales del interruptor genético que sean adecuadamente robustas tanto en los estados "on" como en "off",Es muy difícil predecir qué tan fuerte debería ser la selección de antemano.
El equipo de investigadores de la Universidad de Kobe y la Universidad de Chiba estableció un sistema de flujo de trabajo mediante el cual podían generar selecciones de diferentes fortalezas en paralelo cambiando el tipo o concentración de los químicos usados para la selección. Después de seleccionar un grupo de variantes, los investigadores expusieron cadauno a un estímulo externo inductor y analizó en qué medida este activaba la expresión génica observando el cambio en el nivel de luz emitida por las GFP proteínas verdes fluorescentes. Esto les permitió determinar la selección más adecuada, es decirpara identificar fácilmente las variantes de conmutadores genéticos que demostraron un alto nivel de rendimiento. Con este método, los investigadores desarrollaron con éxito tres nuevos conmutadores genéticos que eran tan eficientes como el conmutador de mejor rendimiento desarrollado para la levadura hasta ahora.
Al integrar estos tres interruptores genéticos, los investigadores produjeron levadura que podría biosintetizar el pigmento naranja β-caroteno bajo control con compuerta AND es decir, dónde β-caroteno solo podría producirse si estuvieran presentes dos compuestos químicos específicos, DAPG y HSL.
Nuevos desarrollos
El método de selección desarrollado por este grupo de investigación acelerará el desarrollo de una amplia gama de conmutadores genéticos para levaduras, con varios niveles de rendimiento y características. Esto también conducirá a un rápido aumento en el número de genes que se pueden controlar en paraleloLa combinación de estos nuevos interruptores genéticos permitirá diseñar funciones celulares artificialmente. Por ejemplo, esto podría contribuir al desarrollo de células de levadura sofisticadas y reguladas artificialmente para producir grandes cantidades de compuestos orgánicos útiles.
Glosario
1. Expresión genética : Los genes codifican proteínas y están formados por 4 tipos de bases: A, T, G y C. Las proteínas se producen según la disposición de estas bases. Este proceso se denomina expresión génica.
2. Mutación : Un cambio en el tipo de bases que componen un gen. Las mutaciones alteran las instrucciones para producir proteínas y pueden resultar en cambios en la función de las proteínas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kobe . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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