Leah Shaffer, Vaşinqton Universiteti, Sent-Luis

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

WashU tədqiqatçıları metabolik səs-küyün əsas mənbəyi kimi ferment surət sayının dəyişməsini aşkar etmək üçün tək hüceyrələri izləyir. Müəllif: Alex Schmitz və Xinyue Mu

İnsanlar kimi, mikrob orqanizmləri də məhsuldarlıq baxımından dəyişkən ola bilər. Bir an onlar böyük fermentasiya çənlərində faydalı kimyəvi maddələri buraxır, yemi metabolizə edərək dərman və əlavələrdən bioloji parçalanan plastiklərə və ya yanacaqlara qədər məhsullar hazırlayırlar, digər an isə izaholunmaz şəkildə tətilə başlayırlar.

Sent-Luisdəki Vaşinqton Universitetinin mühəndisləri mikroorqanizmlərdə dəyişkən metabolik aktivliyin mənbəyini tapıb və bioistehsal zamanı hər bir mikrob hüceyrəsini ən yüksək məhsuldarlıqda saxlamaq üçün vasitələr hazırlayıblar.

“Nature Communications” jurnalında dərc olunmuş bu əsərdə yüzlərlə E. coli hüceyrəsinin böyüməsi, bölünməsi və normal metabolik fəaliyyət göstərməsi zamanı sarı qida piqmenti olan betaxantin istehsal etməsi izlənilir.

Mikroblarda metabolik səs-küyün anlaşılması

“İnsanın davranışı kimi, bəzən mikroblar da çox işləməyə təşviq olunur, lakin onlar daha tez və asanlıqla “yorulurlar”, – deyə enerji, ətraf mühit və kimya mühəndisliyi (EECE) üzrə Francis F. Ahmann professoru və MakKelvi Mühəndislik Məktəbinin Sintetik Biologiya və Qabaqcıl Materialların İstehsalı Tədqiqat Mərkəzinin həmsədri Fuzhong Zhang bildirib. Zhang, doktorantlar Xinyue Mu və Alexander Schmitz ilə birlikdə tədqiqatın müvafiq müəllifidir.

Biomühəndislər və bioloqlar uzun müddətdir ki, mikrob metabolizmasında hüceyrələrarası böyük dəyişiklikləri, tez-tez metabolik səs-küy və ya daha ümumi şəkildə hüceyrə səs-küyü adlandırırlar. Lakin bu fərqlərin nədən qaynaqlandığı və yüksək məhsuldar hüceyrələrin nə qədər tez-tez aşağı məhsuldarlıq vəziyyətinə keçdiyi məlum deyil. Bu anlaşılmazlıq mühəndislərin bioistehsal üçün çalışqan, yüksək məhsuldar hüceyrələri zənginləşdirmək üçün effektiv strategiyalar hazırlamaq imkanlarını məhdudlaşdırıb.

Cavablar tək hüceyrələrin dəyişkən davranışındadır ki, bu da öyrənilməsi olduqca çətindir. Tədqiqatçılar az miqdarda metabolitlə birlikdə onu istehsal edən fermenti, hüceyrə böyüyərkən və bölünərkən kiçik bir tək hüceyrədə ölçə bilməlidirlər. Bu problemi həll etmək üçün komanda mikrofluidik cihazlar qurdu və minlərlə digər hüceyrə metabolitlərindən asanlıqla fərqləndirilə bilən unikal, parlaq sarı metabolit – betaksantin istehsal etmək üçün E. coli hazırladı.

Məhsuldarlıq üçün yeni alətlər və strategiyalar

Bu yeni irəliləyişlər onlara betaxanthin istehsalının sürətlə dəyişdiyini, hüceyrələrin bir neçə saat ərzində yüksək istehsal vəziyyətindən aşağı istehsal vəziyyətinə keçdiyini kəşf etməyə imkan verdi. Bu betaxanthin səs-küyünün təxminən 50%-i betaxanthin istehsalından məsul olan fermentdəki dalğalanmalardan qaynaqlanır ki, bu da gen ifadəsindəki təbii təsadüfilikdən (stoxastiklik) irəli gəlir. Hüceyrə böyümə sürətindəki dalğalanmalar betaxanthin dəyişkənliyinin 10%-dən azını təşkil edir.

Təcrübə məlumatlarından istifadə edərək, komanda bioistehsalı artırmaq üçün dörd fərqli nəzarət strategiyasını sınaqdan keçirmək üçün hesablama modelləri hazırladı . Modellər göstərdi ki, fermenti stoxastik şəkildə həddindən artıq istehsal edən hüceyrələrin zənginləşdirilməsi betaxantin istehsalında əhəmiyyətli dərəcədə artıma səbəb olur. Komanda daha sonra fermentasiya təcrübələrində bu proqnozu təsdiqlədi.

“Biz daha yüksək stoxastik ferment ifadəsinə malik hüceyrələrin daha sürətli böyüməsinə imkan verən bir gen dövrəsi yaradırıq “, – deyə Zhang bildirib. “Bu hüceyrələr həmçinin yüksək betaxantin istehsalçılarına çevrilir və ümumilikdə bizə daha çox məhsul verir.”

Bu iş, McKelvey EEC şöbəsində sıfır tullantılı dairəvi iqtisadiyyatı dəstəkləmək üçün yeni bioistehsal imkanlarının inkişaf etdirilməsi istiqamətində davam edən səylərin bir hissəsidir. Buraya mikrob “işçilərinin” bərpa olunan məhsullar istehsalına diqqət yetirməsinin çətin vəzifəsi də daxildir.

Nəşr detalları

Xinyue Mu və digərləri, Escherichia coli-də artan betaxanthin istehsalı üçün tək hüceyrəli biosintetik səs-küyün və dinamikanın araşdırılması, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-67733-1

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Sent-Luisdəki Vaşinqton Universiteti tərəfindən təmin edilir