Пресс-центр / новости / Наука /

Разработка гибридной системы автономной биолюминесценции

Исследование, опубликованное в Science Advances, демонстрирует улучшение автономной биолюминесценции благодаря использованию гиспидинсинтаз из растений вместо грибных. Применение компактных растительных поликетидсинтаз III типа снижает размер трансгена и, тем самым, облегчает внедрение генов биолюминесценции в различные гетерологичные системы. Обнаружено, что ключевым лимитирующим фактором люминесцентного сигнала в трансгенных организмах является метаболизм гиспидина.

Григоров А.С.

Palkina KA, Karataeva TA, Perfilov MM, Fakhranurova LI, Markina NM, Somermeyer LG, Garcia-Perez E, Vazquez-Vilar M, Rodriguez-Rodriguez M, Vazquez-Vilriales V, Shakhova ES, Mitiouchkina T, Belozerova OA, Kovalchuk SI, Alekberova A, Malyshevskaia AK, Bugaeva EN, Guglya EB, Balakireva A, Sytov N, Bezlikhotnova A, Boldyreva DI, Babenko VV, Kondrashov FA, Choob VV, Orzaez D, Yampolsky IV, Mishin AS, Sarkisyan KS

Международная коллаборация ученых во главе с сотрудниками ИБХ РАН разработала новую гибридную систему биолюминесценции, объединяющую гены грибов и растений. При экспрессии такой системы в различных гетерологических хозяевах у них возникает способность к автономному свечению. Результаты работы были опубликованы в журнале Science Advances.

Перенос генов биолюминесценции грибов в другие организмы сопряжен с рядом проблем, среди которых ключевой является размер используемых генетических конструкций. Ген гиспидинсинтазы грибов (nnHispS) превышает 5 т.п.н., а для активации фермента требуется экспрессия дополнительного фермента NpgA из Aspergillus nidulans, осуществляющего посттрансляционную модификацию гиспидинсинтазы – фосфопантетеинилирование. Генетическая конструкция, несущая гены nnHispS и NpgA, превышает максимальный размер трансгена, который может быть перенесен РНК- или гемини-вирусами (вместимость около 4 т.п.н.), используемыми для экспрессии в растениях, или адено-ассоциированными вирусами (вместимость около 4,7 т.п.н.) – в животных. В работе учеными была проведена компактизация системы за счет поиска аналогов nnHispS.

В настоящей работе авторами путем анализа хроматографических и транскриптомных данных были найдены поликетидсинтазы III типа растений – компактные ферменты, которые могут осуществлять биосинтез гиспидина. Эти ферменты обладают значительно меньшим размером по сравнению с nnHispS и не требуют посттрансляционных модификаций. С их помощью, команда ученых успешно воссоздала путь биолюминесценции грибов в гетерологических системах дрожжей, млекопитающих и растений. Разработка новой гибридной системы позволила преодолеть недостатки доставки предыдущих версий генетических конструкций с помощью вирусных векторов.

Ученые пытались понять, метаболизм каких интермедиатов может лимитировать интенсивность люминесценции. В частности, активация экспрессии генов фенилпропаноидного пути, ассоциированных с биосинтезом гиспидина, а также непосредственное экзогенное введение интермедиатов этого пути – кофейной и кумаровых кислот – не увеличивали люминесценцию. Введение гиспидина или сверхэкспрессия гиспидинсинтазы PpASCL, напротив, приводили к росту сигнала, что указывает на важную роль метаболизма гиспидина для биолюминесценции.

Оптимизация размера биолюминесцентной системы расширяет возможности доставки в различные гетерологические системы. В свою очередь, это может способствовать применению автономной люминесценции в различных целях: от мониторинга окружающей среды до неинвазивной оценки физиологических событий на уровне организма.

26 марта