После применения к пекарским дрожжами технологии редактирования генов, они стали не хуже граната в качестве сырья для производства востребованного продукта.
Используя редактирование генов и ферментацию, исследователи из Университета Альберты придумали способ получения большего количества полезной жирной кислоты, которая в основном содержится в гранатах. Статья опубликована в журнале Journal of Agricultural and Food Chemistry.
Работая с пекарскими дрожжами, которые изначально не содержали это вещество, они разработали новый штамм, содержащий высокий уровень пунической кислоты (ее используют для производства гранатового масла), что обеспечивает устойчивый способ производства как жирных кислот с добавленной стоимостью, так и биомассы дрожжей - дополнительного источника белка, используемого в пищевой промышленности и производстве кормов для животных - с дополнительной пользой для здоровья.
«Это означает, что в будущем мы сможем производить этот ценный липид гораздо быстрее и экономичнее, без необходимости использования пахотных земель, а также это показывает, как мы можем разрабатывать и улучшать питательные свойства устойчивых источников специального масла», - говорит соавтор исследования Гуаньцюнь (Гэвин) Чен, доцент факультета сельского хозяйства, наук о жизни и окружающей среде и заведующий кафедрой канадских исследований в области биотехнологии липидов растений.
Получаемая из масла семян экзотического плода, гранатовая кислота обладает рядом полезных для здоровья свойств: снижает уровень холестерина, обладает противовоспалительными и антиканцерогенными свойствами.
Однако по сравнению с другими масличными культурами, такими как рапс, у граната очень низкое соотношение семян к плодам и выход масла, что ограничивает предложение и делает его более дорогим товаром, отмечает Чэнь.
Используя метод редактирования генов, называемый перетасовкой генов на основе CRISPR, Чэнь и соавтор исследования Джули Ван случайным образом интегрировали определенные гены, потенциально участвующие в синтезе и накоплении гранатовой кислоты, непосредственно в геном (полный набор ДНК) пекарских дрожжей.
Их эксперименты стали первым случаем использования перестановки генов на основе CRISPR в генной инженерии дрожжей для получения необычных жирных кислот растительного происхождения, а результатом работы стал более быстрый и эффективный способ выяснить, какие из генов хорошо работают вместе.
«Вместо более стандартной и трудоемкой практики, когда приходится проверять комбинации генов одну за другой на предмет их влияния, процесс перетасовки генов позволил нам случайным образом добавлять гены к штаммам дрожжей, чтобы создать библиотеку, а затем проверять эту библиотеку, чтобы выявить лучшие из них», - говорит Ван, который проводил эксперименты, чтобы получить докторскую степень в области растениеводства.
«Сначала мы проводим скрининг лучшего штамма, а затем выясняем, какие гены трансформируются, - поясняет он. - Это гарантирует лучшую производительность в наших результатах, поскольку сообщает нам, какие гены лучше работают друг с другом».
В ходе экспериментов содержание гранатовой кислоты увеличилось в 80 раз, до 26,7%. Это самый высокий уровень, достигнутый и зарегистрированный учеными на сегодняшний день в искусственных микроорганизмах или растениях, и показатель, «достаточно высокий, чтобы продемонстрировать большой потенциал для промышленного производства», отмечает Чэнь.
Ван добавляет, что полученный ими штамм дрожжей также имеет стабильное содержание гранатовой кислоты, что является еще одной многообещающей разработкой для возможного широкомасштабного использования.
«Для биопромышленного производства это означает, что гены, добавляемые в дрожжи, не теряются от одной партии ферментации к другой».
Открытия, которые привели к предварительной патентной заявке, основываются на более раннем исследовании исследователей, изначально определявших динамику увеличения содержания пунической кислоты в дрожжах посредством генного стекинга. Теперь они планируют выращивать свой высокопродуктивный штамм в лабораторных ферментерах, что является шагом к масштабированию для потенциального коммерческого производства.
Кроме того, их подход к перетасовке генов на основе CRISPR достаточно универсален, чтобы его можно было использовать при конструировании пекарских дрожжей для получения других ценных необычных жирных кислот, например, из касторового масла, и, наряду с этим, «имеет захватывающий потенциал для разработки других биопродуктов», заключил Чэнь.
Источник: University of Alberta. Автор: Бев Бетковски.
На фото - исследователи Гуаньцюнь Чэнь (слева) и Джули Ван изучают чашку Петри с колониями пекарских дрожжей, созданными с помощью нового подхода к перетасовке генов на основе CRISPR. Источник: University of Alberta.