Исследователи UCI ускоряют и упрощают методику биоинженерии направленной эволюции

        

В процессе, известном как направленная эволюция, ученые реорганизуют биомолекулы, чтобы найти те, которые выполняют полезные новые функции. Это революция в области разработки лекарств, химического машиностроения и других применений, но для реализации своего обещания подразумевается кропотливая и трудоемкая лабораторная работа.

В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Cell Калифорнийском университете, исследователи Irvine сообщили, что они ускорили и упростили направленную эволюцию, если живые клетки выполняют большую часть тяжелого подъема. Вставив специально сконструированную систему репликации ДНК в дрожжи, ученые смогли коаксировать выбранные гены, чтобы быстро и стабильно мутировать и развиваться по мере воспроизводства клеток дрожжей хозяина.

«Двигая высокие темпы диверсификации в клетки целевым образом, мы можем расти и оказывать давление на эти клетки, чтобы они превратились во что-то новое из любых наших генов», – сказал первый автор Арджун Равикумар, который получил степень доктора философии. в биомедицинской технике в UCI в начале этого месяца. «Наша работа привела к тому, что эволюция стала чрезвычайно быстрым, простым и масштабируемым процессом».

Раньше для ученых, чтобы проверить биомолекулы, чтобы увидеть, была ли достигнута желаемая функция, им необходимо было построить библиотеку ДНК в пробирке и вставить эту ДНК в клетки, трудоемкий и трудный процесс. Команда UCI полностью устранила этот шаг в своем новом подходе, позволяя внутренней машине клетки выполнять всю работу.

По словам старшего автора Чан Лю, доцент кафедры биомедицинской инженерии UCI, при использовании направленной эволюции для создания лучшего фермента или белка – работы, получившей Нобелевскую премию по химии в этом году, число эволюционных циклов становится очень важным, потому что каждый из них можно рассматривать как шаг к новой или улучшенной функции. «Но если каждый цикл требует повторной обработки молекулярной биологии ДНК пробирки, вы можете только разумно пройти через несколько итераций», – сказал он.

«Напротив, естественная эволюция протекает непрерывно, по существу, путем культивирования клеток с течением времени в среде, которая оказывает на них давление, чтобы создать какую-то новую функцию, проблема с точки зрения биомолекулярной инженерии заключается в том, что процесс очень медленный», – добавил Лю. «Мы выяснили генетическую архитектуру, которая позволяет биомолекулярной эволюции быть очень быстрой».

В дополнение к ускорению и упрощению направленной эволюции, Лю сказал, что эта новая техника позволяет ученым выполнять дополнительные типы экспериментов, с которыми им трудно справляться в прошлом. Например, в своем исследовании исследователи UCI описали, как они развили фермент в 90 повторных экспериментах, чтобы выяснить все способы его адаптации к определенному условию – в этом случае, как малярийная мишень могла бы вызывать резистентность к определенному препарату .

«Существует множество способов решения конкретной эволюционной проблемы, например, резистентности к лекарственным средствам, поэтому способность проводить эволюционные эксперименты в том масштабе, который мы позволяем нам захватывать и понимать больше этих возможностей, давая нам терапевтически релевантные сведения о том, как сопротивление », – сказал Лю.

Будущая работа будет сосредоточена на получении новой платформы для непрерывного развития антител к борьбе с болезнями и ценных ферментов для синтеза лекарств, добавил он.

«Вместо того, чтобы вводить антиген в животное, чтобы изолировать антитело, представьте себе, что он просто помещает его в культуру клеток дрожжей и выдает его как специфическое антитело», – сказал он. «Это может революционизировать, как эти и другие белковые препараты будут обнаружены и развиты».

Фрэнсис Арнольд – профессор химической инженерии, биоинженерии и биохимии в Калифорнийском технологическом институте, который выиграл Нобелевскую премию по химии в 2018 году за ее новаторские вклады в области, сказал: «Направленная эволюция – это мощный способ создайте новые белки, но это, безусловно, может выиграть от технологических инноваций. Техника, разработанная профессором Лю и доктором Равикумаром, будет стимулировать новые приложения и новые направления исследований, которые продолжат расширять нашу способность создавать новую ДНК ».

Источник:

https://news.uci.edu/2018/11/08/uci-scientists-simplify-and-accelerate-directed-evolution-bioengineering-method /

      

Source link