Investigadores de la Universidad de Princeton han creado una forma nueva y mejorada de controlar con mayor precisión las bacterias genéticamente modificadas:simplemente encendiendo y apagando las luces. Trabajando en E. coli , el organismo caballo de batalla para que los científicos diseñen el metabolismo, Los investigadores desarrollaron un sistema para controlar uno de los circuitos genéticos clave necesarios para convertir las bacterias en fábricas químicas que producen compuestos valiosos como el biocombustible isobutanol.

"Todo lo que necesitas es iluminación, "dijo José Avalos, profesor asistente de ingeniería química y biológica en la Universidad de Princeton y en el Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente ", y autor principal de los hallazgos, publicado en Biología química de la naturaleza . "Hay muchos beneficios potenciales, uno de ellos es la capacidad de sintonizar y revertir fácilmente la señal de inducción ".

El nuevo trabajo se basa en el trabajo anterior de Avalos y sus colegas, descrito en Naturaleza en 2018, en el que diseñaron levadura para producir productos químicos en presencia o ausencia de luz. E. coli , sin embargo, es aún más utilizado por científicos e ingenieros que la levadura.

Avalos y sus colegas no son los primeros en crear E. coli cuya expresión genética está controlada por la luz. Pero son los primeros en utilizar la luz para controlar la producción de productos químicos. También son los primeros en usar la luz para controlar el operón lac, un grupo de genes que se utiliza con mayor frecuencia para la inducción química en E. coli . "El operón lac es el circuito estándar de oro que la gente ha utilizado durante décadas, "Dijo Avalos." No es un eufemismo decir que aprovechar el operón lac es uno de esos logros clave que permitió la explosión de la biotecnología ".

Cuando los científicos diseñan E. coli para producir una proteína o sustancia química a través del operón lac, típicamente hacen que esa función sea inducible en lugar de algo que ocurre todo el tiempo. De esta manera, el cultivo de bacterias puede crecer normalmente hasta que los científicos estén listos para usarlo. Generalmente, los investigadores confían en agregar una sustancia química para desencadenar la expresión del rasgo modificado genéticamente en cuestión. Pero este método tiene algunas limitaciones importantes. "Si agrega un producto químico, eso es todo, te has comprometido, ", Dijo Avalos." Está hecho y no se puede eliminar fácilmente el químico, por lo que solo tiene que esperar y ver si agregó la dosis correcta ".

En lugar de depender de un inductor químico, Las bacterias recientemente diseñadas de Avalos y sus colegas utilizan la ausencia de luz para inducir reacciones que conducen a la producción de proteínas o sustancias químicas. Esto permite a los investigadores ralentizar o detener la reacción simplemente encendiendo la luz. La luz también les permite controlar dónde ocurre la reacción. En una demostración, Avalos y sus colegas oscurecieron solo ciertas secciones de su placa de Petri bacteriana con una plantilla de un tigre, creando una impresión de tigre fluorescente a través de la reacción de las bacterias activadas selectivamente. "De nuevo, eso es algo que no se puede hacer fácilmente con un químico, porque no podría controlar la difusión de la sustancia química con tanta facilidad, "Dijo Avalos. Light, a diferencia de los productos químicos, también es relativamente económico, él añade, por lo que su uso reducirá los costos y probablemente la huella de carbono de los procesos.

OptoLac, El nuevo método optogenético (o basado en la luz) de Avalos y sus colegas, ahora brinda a los científicos la capacidad de aprovechar la fuerza de las tecnologías de operón lac preexistentes con mayor precisión y control.

"El trabajo estuvo bien ejecutado y agrega una herramienta novedosa a la caja de herramientas de los activadores de expresión génica optogenética en E. coli , "dijo Mustafa Khammash, profesor de teoría de control y biología de sistemas en ETH Zürich, que no participó en la investigación. "La expresión génica optogenética ofrece la posibilidad de utilizar luz en lugar de pequeñas moléculas para controlar una gran variedad de procesos biológicos con un esfuerzo mínimo, y los autores ilustran esto de manera convincente al demostrar el uso de OptoLAC para lograr mejoras impresionantes en la producción química y de proteínas en E. coli . "

E. coli se utiliza actualmente para la producción industrial de una amplia gama de productos químicos especializados y básicos, a partir de bloques de construcción de plásticos y fibras sintéticas, a productos químicos de alta gama como pigmentos y fragancias. E. coli Los científicos también lo utilizan a menudo para comprender mejor los principios básicos del metabolismo, vías biosintéticas y más allá. Por lo tanto, esta tecnología podría tener importantes implicaciones no solo en biotecnología, sino también en investigación básica, Dijo Avalos.

Avalos planea explorar más aplicaciones habilitadas por OptoLAC, incluyendo el ajuste fino de vías metabólicas complejas, mejorando la producción de proteínas difíciles de fabricar y controlando otras funciones bacterianas interesantes. "En un sentido, una gran parte de nuestra motivación fue romper el molde de la forma en que se hacen las cosas ahora, ", Dijo Avalos." Una pregunta que nos seguimos haciendo es:'¿Cómo podemos hacer esto mejor?' "