CRISPRi допомагає ціанобактеріям адаптуватися до клімату

Науковці з Університету Колорадо в Боулдері та Національної лабораторії Оук-Рідж розробили інноваційний метод виявлення генетичних змін, що допомагають мікроорганізмам виживати у екстремальних умовах.

Дослідники зосередили увагу на ціанобактеріях виду Synechococcus sp. PCC 7002. Ці мікроскопічні організми мешкають в океані та здійснюють фотосинтез подібно до рослин. Вони продукують значну частку кисню на нашій планеті. Розуміння їхньої адаптації до змін клімату має критичне значення.

Міждисциплінарна команда використала специфічну методику для дослідження. Вони застосували систему генного глушіння під назвою “CRISPR-інтерференція” (CRISPRi). Ця технологія дозволила знизити активність окремих генів у геномі мікроорганізмів.

Результати дослідження опубліковані у престижному науковому журналі Proceedings of the National Academy of Sciences. Вони окреслюють новий експериментальний підхід до вивчення клітинної адаптації до стресу.

Методологія та ключові відкриття

Команда провела комплексний аналіз реакції ціанобактерій на різні умови. Вони вивчали вплив змін освітлення та температури на мікроорганізми. Такі умови моделюють середовище на різних океанських глибинах.

Науковці виявили цікаву закономірність у генетичній адаптації. Невеликі зміни в активації або деактивації певних генів суттєво покращують виживання клітин. Це особливо помітно в екстремальних умовах – при високій чи низькій температурі або під час посухи.

“Наша робота показує, як невеликі генетичні зміни можуть призвести до значного покращення пристосованості, коли ми підштовхуємо мікроби до межі їхньої зони комфорту”, – пояснює Джером Фокс, доцент хімічної та біологічної інженерії.

Особливу увагу привертає методика зниження генної активності. Дослідники відзначають, що повне вимкнення генів часто менш ефективне, ніж їх часткове глушіння. Проміжні коригування забезпечують найбільшу перевагу у виживанні організмів.

Перспективи та прикладне значення

Результати дослідження відкривають шлях до створення нових біотехнологій. Отримані знання допоможуть розробити швидкозростаючі синтетичні штами мікроорганізмів. Такі мікроби можуть стати основою для виробництва біологічних видів палива.

Ендрю Хрен, аспірант і перший автор статті, підкреслює глобальне значення цих мікроорганізмів. “Оскільки ці організми виробляють велику частку кисню на Землі, розуміння того, як вони реагують на зміну клімату, має вирішальне значення”, – зазначає він.

Дослідження продовжує наукову спадщину покійного Джеффа Кемерона. Джером Фокс визнає його вплив: “Ентузіазм Джеффа щодо ціанобактерій був заразливим. Він навчив нас усьому, що ми знаємо, і був критично важливим джерелом інформації про експериментальний дизайн”.

Команда планує продовжувати вивчення ціанобактерій у майбутньому. Їх цікавить процес поглинання світла мікроорганізмами та перетворення його в енергію. Це знання стане основою для розробки нових технологій та створення мікробів, здатних виробляти відновлювані хімічні речовини.

Розуміння механізмів стійкості мікроорганізмів може мати широке застосування. Ці принципи потенційно застосовні до інших типів клітин, включаючи клітини людини. Подібні методики можуть допомогти вченим зрозуміти, як різні клітини реагують на екологічний стрес.