Исследователи из МФТИ впервые нашли способ точечного отключения защитной системы у бактерии Bacillus licheniformis – одного из основных микроорганизмов, используемого в мировой биотехнологии для производства ферментов, антибиотиков и других веществ. Это открытие позволит значительно повысить эффективность генетической модификации промышленных штаммов бактерий. Результаты работы опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Бактерии защищаются от вирусов с помощью систем рестрикции-модификации (РМ-систем), атакующих чужеродную ДНК. Эта естественная защита долгое время оставалась главным барьером для генетической модификации промышленных микроорганизмов, затрудняя внедрение в них полезных генов.
Учёные МФТИ исследовали новую RM-систему I типа BlihIA, обнаруженную у бактерии Bacillus licheniformis (один из основных “заводов” промышленных ферментов протеазы и амилазы, используются в производстве моющих средств, продуктов питания, текстиля и биотоплива). Используя секвенирование нового поколения, авторы впервые определили точную последовательность ДНК, которую распознает и атакует система BlihIA.
«Мы не только описали защитную систему, но и впервые показали, что её работу можно эффективно подавить in vitro с помощью белка ArdB. Ранее считалось, что белки этого семейства работают только в живых клетках, что накладывало ограничения на их изучение и применение. Наша работа меняет эту парадигму», – рассказал Родион Березов, один из авторов статьи, инженер лаборатории молекулярной генетики МФТИ.
Практическая ценность работы – в двух новых стратегиях, которые она предлагает. Во-первых, теперь, зная точную мишень системы BlihIA, учёные могут конструировать плазмиды для генетической трансформации Bacillus licheniformis без этих последовательностей, что позволит им «обходить» защиту бактерии. Во-вторых, они могут использовать сам белок-подавитель ArdB как инструмент для временного отключения RM-системы, что может значительно повысить эффективность трансформации штаммов-продуцентов на основе Bacillus licheniformis.
«Эксперимент был наглядным: очищенный комплекс BlihIA разрезал только специфичную последовательность ДНК. Но при добавлении ArdB процесс разрезания полностью останавливался. Это прямое доказательство влияния ArdB на взаимодействие BlichIA с ДНК», – добавила Анна Кудрявцева, первый автор исследования, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики МФТИ.
Открытие снимает ключевое ограничение для работы не только с этой бациллой, но и с другими промышленно значимыми микроорганизмами, упрощая создание бактерий-продуцентов для фармацевтики, агробиотехнологий и биоразлагаемых материалов.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 24-74-00024.
