Обычная бактерия была генетически модифицирована, чтобы поедать молекулы, полученные из пластика, а затем перерабатывать их для производства обычного обезболивающего — парацетамола, передает inbusiness.kz со ссылкой на ВВС.
Микроб, использованный Стивеном Уоллесом, профессором химической биотехнологии Эдинбургского университета - кишечная палочка, Escherichia coli, более известная как E. coli.
Эта палочковидная бактерия обитает в кишечнике человека и животных, и, возможно, вы больше знакомы с ней как с неприятной бактерией, которая может вызвать у нас заболевания.
Профессор Уоллес выбрал его не случайно, поскольку некоторые штаммы E. coli, не являющиеся патогенными, широко используются в лабораториях биотехнологии и инженерной биологии для проверки эффективности новых технологий.
E. coli — главная "рабочая лошадка" в этой области, говорит профессор Уоллес, который также генетически модифицировал её в лабораторных условиях, превращая пластиковые отходы в ванильный ароматизатор, а жировые отходы из канализации — в духи.
"Если вы хотите доказать, что что-то возможно в биологии, E. coli — это естественная первая ступень", — говорит он.
Применение этого микроба не ограничивается только лабораторными исследованиями. В промышленности резервуары с генетически модифицированной E. coli действуют как живые фабрики, производя разнообразную продукцию: от фармацевтических препаратов, таких как инсулин, жизненно важный для лечения диабета, до различных химических продуктов, используемых для производства топлива и растворителей.
Доминирование E. coli обусловлено ее ролью модельного организма для понимания общих биологических принципов, говорит Томас Силхави, профессор молекулярной биологии Принстонского университета, который изучает эту бактерию уже около 50 лет и документирует ее историю.
Другие известные модельные организмы включают мышей, плодовых мушек и пекарские дрожжи. Дрожжи, как и E. coli, также стали бесценным инструментом в биотехнологии, как в лабораторных условиях, так и в промышленности, но у них более сложная структура клеток и различные области применения.
E. coli была впервые выделена в 1885 году немецким педиатром Теодором Эшерихом, изучавшим кишечную микрофлору младенцев. Благодаря быстрому росту и простоте работы с бактерией, учёные начали использовать её для изучения основ биологии бактерий.
Затем, в 1940-х годах, "счастливая случайность" открыла ей дорогу к успеху, говорит профессор Силхави.
Непатогенный штамм E. coli (K-12) был использован для демонстрации того, что бактерии не просто делятся, но и могут участвовать в "бактериальном сексе", обмениваясь генами и рекомбинируя их, приобретая новые свойства.
Это стало знаменательным открытием, и E. coli стала "всеобщим любимцем", говорит он.
Благодаря этому E. coli сыграла центральную роль во многих других открытиях и важных этапах в генетике и молекулярной биологии.
Его использовали для расшифровки генетического кода, и в 1970-х годах он стал первым организмом, подвергшимся генной инженерии путем введения в него чужеродной ДНК, что заложило основу современной биотехнологии.
Она также решила проблему с выработкой инсулина. Инсулин, получаемый из крупного рогатого скота и свиней, использовался для лечения диабета, но у некоторых пациентов вызывал аллергические реакции.
Но в 1978 году с использованием E. coli был получен первый синтетический человеческий инсулин, что стало огромным прорывом.
В 1997 году E. coli стала одним из первых организмов, чей геном был полностью секвенирован, что упростило его изучение и обработку.
Адам Фейст, профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего, занимающийся разработкой микроорганизмов для промышленного применения, говорит, что ценит E. coli за её многочисленные полезные свойства.
Помимо обширных знаний о её генетике и инструментов, упрощающих её генетическую разработку, эта бактерия быстро и предсказуемо растёт на самых разных субстратах. Она не "капризна", как некоторые другие, её можно без проблем заморозить и оживить, и она необычайно хорошо справляется с переносом чужеродной ДНК.
"Чем больше я работаю с микроорганизмами, тем больше я понимаю, насколько устойчива E. coli", — говорит он.
Синтия Коллинз — старший директор Ginkgo Bioworks, компании, которая помогает компаниям разрабатывать биотехнологические продукты и содействовала им в промышленном использовании E. coli.
Хотя список организмов, доступных для крупномасштабного производства, несколько шире, чем несколько десятилетий назад, когда E. coli часто была единственным выбором, она всё ещё может быть "хорошим выбором" в зависимости от продукта, говорит доктор Коллинз. Хотя даже при самой интенсивной биоинженерии E. coli не может производить все.
"Это очень экономично; можно выкачивать много", — говорит она, отмечая, что если бактерия производит что-то токсичное для клеток, толерантность часто можно выработать с помощью генной инженерии.
Однако некоторые задаются вопросом, не мешает ли доминирование E. coli нам находить наилучшие биотехнологические решения наших проблем.
Пол Дженсен, микробиолог и инженер из Мичиганского университета, изучает бактерии, живущие у нас во рту. Недавно он проанализировал, насколько мало изучены большинство других бактерий по сравнению с E. coli.
Его идея заключается в том, что пока мы продвигаемся вперёд в области всё более глубокой инженерии E. coli, чтобы делать удивительные вещи, могут существовать другие микробы, которые делают то же самое естественным образом – и даже лучше – но которые не привлекают внимания, и мы упускаем возможность воспользоваться их преимуществами, поскольку их не ищут и не изучают.
Например, биоразведка на свалках может обнаружить микробы, которые начали питаться не только пластиком, но и всеми видами других отходов, говорит он. И могут существовать бактерии, которые делают то, что мы даже не могли себе представить – например, производят цемент или резину. Он отмечает, что бактерии, живущие у нас во рту, превосходят E. coli по кислотоустойчивости.
Существуют альтернативные варианты, над которыми работают, чтобы расширить возможности, включая Vibrio natriegens (V. nat), который начал привлекать внимание как потенциальный конкурент E. coli.
V. nat был впервые выделен из солончака в американском штате Джорджия ещё в 1960-х годах, но оставался практически незамеченным в коллекциях культур и морозильниках до середины 2010-х годов, когда была отмечена его сверхбыстрая скорость роста – вдвое выше, чем у E. coli – что может стать значительным промышленным преимуществом.
Он также гораздо эффективнее поглощает чужеродную ДНК, говорит Баз Барстоу, инженер-биолог и эколог из Корнеллского университета, один из разработчиков этого организма. Он говорит, что его возможности по сравнению с E. coli подобны "переходу с лошади на автомобиль".
Для доктора Барстоу V. nat – это стремление увидеть микробы, используемые для решения серьёзных задач устойчивого развития – от производства реактивного топлива из углекислого газа и получения экологически чистой электроэнергии до добычи редкоземельных металлов.
"Проще говоря, E. coli не поможет нам реализовать ни одну из этих целей. V. natriegens – возможно", – говорит он.
В этом году его лаборатория основала компанию Forage Evolution, которая разрабатывает инструменты, упрощающие для исследователей его лабораторную модификацию.
Профессор Фейст признаёт, что V. nat обладает привлекательными свойствами, но генетические инструменты, необходимые для широкого применения, пока отсутствуют, и ему ещё предстоит доказать свою эффективность в больших масштабах.
"E. coli сложно заменить", — говорит он.
Иллюстративное фото
Читайте по теме:
Исследователи выявили бактерии, которые помогут очистить море от пластиковых отходов
