Işığı Kapatmak, Bakterileri Kimyasal Fabrikalara Dönüştürür
Princeton Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, genetiği değiştirilmiş bakterileri daha hassas bir şekilde kontrol etmek için yeni ve geliştirilmiş bir yol yarattı: sadece ışıkları açıp kapatarak. Araştırmacılar, bilim adamlarının metabolizmayı tasarlaması için en güçlü organizma olan E. coli’de çalışan , bakterileri biyoyakıt izobütanol gibi değerli bileşikler üreten kimyasal fabrikalara dönüştürmek için gereken anahtar genetik devrelerden birini kontrol etmek için bir sistem geliştirdiler.
Princeton Üniversitesi ve Andlinger Enerji ve Çevre Merkezi’nde kimya ve biyoloji mühendisliği yardımcı doçenti José Avalos ve Nature Chemical Biology’de yayınlanan bulguların kıdemli yazarı José Avalos, “İhtiyacınız olan tek şey aydınlatma,” dedi . “Orada. birçok potansiyel faydası var, bunlardan biri indüksiyon sinyalini kolayca ayarlama ve tersine çevirme yeteneği. ”
Yeni çalışma, Avalos ve meslektaşlarının , ışığın varlığında veya yokluğunda kimyasallar üretmek için maya mühendisliği yaptıkları 2018’de Nature’da açıklanan önceki çalışmalarına dayanıyor . Bununla birlikte E. coli , bilim adamları ve mühendisler tarafından mayadan daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Avalos ve meslektaşları , gen ekspresyonu ışık tarafından kontrol edilen E. coli’yi ilk yaratanlar değil . Ancak kimyasalların üretimini kontrol etmek için ışığı ilk kullananlardır. Ayrıca, E. coli’de kimyasal indüksiyon için en yaygın olarak kullanılan bir grup gen olan lac operon’u kontrol etmek için ışığı kullanan ilk kişilerdir . Avalos, “Lac operon, insanların onlarca yıldır kullandıkları altın standart devredir” dedi. “Lac operondan yararlanmanın biyoteknolojideki patlamayı mümkün kılan anahtar başarılardan biri olduğunu söylemek yetersiz bir ifade değil.”
Bilim adamları, E. coli’yi lac operon aracılığıyla bir protein veya kimyasal üretmek için tasarladıklarında , genellikle bu işlevi her zaman meydana gelen bir şeyden ziyade indüklenebilir hale getirirler. Bu şekilde, bakteri kültürü, bilim adamları onu kullanmaya hazır olana kadar normal şekilde büyüyebilir. Genellikle, araştırmacılar, söz konusu genetik olarak tasarlanmış özelliğin ifadesini tetiklemek için bir kimyasal eklemeye güvenirler. Ancak bu yöntemin bazı ciddi sınırlamaları vardır. Avalos, “Bir kimyasal eklerseniz, işte bu, taahhüt etmişsinizdir,” dedi. “Tamamlandı ve kimyasalı kolayca çıkaramazsınız, bu yüzden beklemeniz ve doğru dozu ekleyip eklemediğinizi görmeniz gerekir.”
Avalos ve meslektaşlarının yeni tasarlanmış bakterileri, kimyasal bir indükleyiciye güvenmek yerine, kimyasal veya protein üretimine yol açan reaksiyonları tetiklemek için ışık yokluğunu kullanıyor. Bu, araştırmacıların sadece ışığı açarak reaksiyonu yavaşlatmasına veya durdurmasına olanak tanır. Işık aynı zamanda reaksiyonun nerede meydana geldiğini kontrol etmelerine de izin verir. Bir gösteride, Avalos ve meslektaşları, bakteriyel Petri kabının yalnızca belirli kısımlarını bir kaplan şablonuyla karartarak, seçici olarak aktive olan bakterinin reaksiyonu yoluyla floresan bir kaplan izi oluşturdu. “Yine, bu bir kimyasalla kolayca yapamayacağınız bir şey çünkü kimyasalın yayılmasını bu kadar kolay kontrol edemezsiniz,” dedi Avalos. Kimyasalların aksine ışık da nispeten ucuzdur, diye ekliyor.
OptoLac, Avalos ve meslektaşlarının yeni optogenetik – veya ışığa dayalı – yöntemi, artık bilim insanlarına önceden var olan lac operon teknolojilerinin gücünü daha fazla hassasiyet ve kontrolle kullanma yeteneği veriyor.
Araştırmada yer almayan ETH Zürih’te kontrol teorisi ve sistem biyolojisi profesörü Mustafa Khammash, “Çalışma iyi yürütüldü ve E. coli’deki optogenetik gen ekspresyon aktivatörlerinin araç kutusuna yeni bir araç ekliyor ,” dedi. “Optogenetic gen ifadesi teklifler kullanım imkanı ışık yerine küçük moleküllerin az çabayla biyolojik süreçler çok çeşitli kontrol etmek ve yazarlar da önemli gelişmeler elde etmek OptoLAC kullanımını gösteren bu inandırıcı göstermek kimyasal ve protein üretimi E. coli . ”
E. coli şu anda plastik ve sentetik elyafların yapı taşlarından pigmentler ve kokular gibi yüksek kaliteli kimyasallara kadar çok çeşitli emtia ve özel kimyasalların endüstriyel üretimi için kullanılmaktadır. E. coli ayrıca bilim adamları tarafından metabolizmanın temel prensiplerini, biyosentetik yolları ve ötesini daha iyi anlamak için sıklıkla kullanılır. Avalos, bu nedenle bu teknolojinin yalnızca biyoteknolojide değil, aynı zamanda temel araştırmada da önemli etkileri olabileceğini söyledi.
Avalos, karmaşık metabolik yolların ince ayarını yapmak, yapımı zor olan proteinlerin üretimini iyileştirmek ve diğer ilginç bakteri işlevlerini kontrol etmek gibi OptoLAC tarafından sağlanan daha fazla uygulamayı keşfetmeyi planlıyor. Avalos, “Bir anlamda, motivasyonumuzun büyük bir kısmı işlerin şu anda yapılma şeklinin kalıbını kırmaktı.” Dedi. “Kendimize sorup durduğumuz bir soru, ‘Bunu nasıl daha iyi yapabiliriz?’
Kaynak: phys.org
