Отзыв Эмили Хендерсон, бакалавр наук 2 июля 2020 года

Цианобактерии практически не нуждаются в питательных веществах и используют энергию солнечного света. Купальщики знакомы с этими микроорганизмами – часто неправильно называемыми «сине-зелеными водорослями» – так как они часто встречаются в водах. Группа исследователей из Технологического института Карлсруэ (KIT) обнаружила, что многоклеточный вид Phormidium lacuna может быть генетически модифицирован путем естественной трансформации и, таким образом, может производить такие вещества, как этанол или водород. Они представляют свои результаты в онлайн-научном журнале PLOS ONE (DOI: 10.1371 / journal.pone. 0234440).

Во время трансформации клетка генетически модифицируется путем добавления генетического материала (ДНК). Этот процесс, который часто встречается в природе, может использоваться для введения специфической ДНК в клетку и придания ей определенного свойства. «Естественная трансформация означает, что ДНК поглощается клетками без каких-либо дополнительных средств», – говорит профессор Тилман Лампартер, профессор Ботанического института – исследовательской области общей ботаники в KIT. Процедура проста: она работает без сопряжения – соединения с другой ячейкой – и без электроперфорации – что делает проницаемой стенку ячейки. Поскольку естественная трансформация до сих пор была успешной только у одноклеточных цианобактерий, предполагалось, что это была исключительная особенность одноклеточных видов.

Выводы исследовательской группы KIT показывают, что естественная способность поглощать внеклеточную ДНК встречается чаще у цианобактерий, чем считалось ранее. В онлайновой научной публикации PLOS ONE (Публичная научная библиотека) они впервые сообщают о переносе генов рода Phormidium lacuna и о естественной трансформации многоклеточной нитчатой ​​цианобактерии.

Вклад в биоэкономику: замена ископаемых ресурсов

Для естественной трансформации клетки должны находиться в физиологическом состоянии, известном как естественная компетентность, чтобы клетка-реципиент могла активно транспортировать ДНК в цитоплазму. Ученые воспользовались естественной трансформацией и включили новую генетическую информацию в геном Phormidium lacuna. Многоклеточные цианобактерии, которые получают энергию от солнечного света, обладают преимуществом формирования биопленки и роста в клетках с высокой плотностью, которые можно быстро удалить. Ученые из KIT выделили несколько штаммов этого растущего вида из Северного моря и Средиземного моря и определили последовательность генома одного штамма.

Разработанная исследователями методика модификации многоклеточных цианобактерий путем введения генетической информации открывает широкий спектр возможностей для фундаментальных исследований и возможных применений.

С помощью естественной трансформации мы уже создали множество так называемых мутантов-нокаутов, то есть нам удалось отключить определенные гены и таким образом определить их функцию ».

Тильман Лампартер, профессор Ботанического института, KIT

Возможное применение, ориентированное на будущее, заключается в синтезе этанола, водорода или лактата, а также других биопродуктов в клетках и, таким образом, способствует биоэкономике и переходу от экономики на основе нефти к рыночной экономике, основанной на устойчивые ресурсы. «Наше видение состоит в том, чтобы использовать эту технологию для замены ископаемых ресурсов», – говорит биолог.