Biyomühendislik
Retro teknik, modern bakteri mühendisliğini ilerletiyor
Biyoyakıtlar için bitki besleme stoğunun genetik haritasını çıkarmak için başarıyla kullandıkları yöntem, çeşitli, eşeyli olarak yeniden birleştirilmiş varyantlar yaratmaya ve daha sonra analiz etmeye dayanırken, bakteriler genellikle sınırlı çeşitlilikle eşeysiz olarak çoğalır.
ORNL'nin Biyolojik Bilimler Bölümü proje lideri Josh Michener, "Bakteriler ihtiyacımız olan şekilde çoğalmazlar. Genellikle bir ana hücreden ebeveynle aynı genoma sahip iki yavru hücreye gittiğinizde bölünerek çoğalırlar " dedi.
Çözüm, ilk olarak 1970'lerde geliştirilen bir genetik araştırma aracında geldi: protoplast füzyonu. Bilim adamları, bu tekniği kullanarak Bacillus suşlarını geçebildiler ve genetik olarak farklı organizmalardan oluşan geniş bir popülasyon ürettiler, bu da genomik varyasyon ve bunun sonucunda ortaya çıkan fiziksel özellikler hakkında daha fazla bilgi sahibi olmasını sağlayacak.
Protoplast füzyonu, hücrelerin dış katmanlarından sıyrıldığı ve kimyasal olarak birbirine kaynaştırıldığı, ebeveynlerin kromozomları arasında rekombinasyona izin verildiği klasik bir genetik mühendislik yöntemidir. Araştırmacılar bu tekniği on yıllardır, önce rutin bir genetik teknik olarak ve daha sonra mikroorganizmalarda antibiyotik üretimi gibi özellikleri tasarlamak için bir araç olarak kullansa da altta yatan kromozomal yeniden düzenlemeler tam olarak anlaşılamadı.
Michener, "Bilim adamları geçmişte bu protoplast füzyon tekniğini kullandıklarında, günün teknik sınırlamaları nedeniyle neslin genomlarının nasıl göründüğünü gerçekten bilmiyorlardı. Tekniği canlandırmayı ve daha basit hale getirmeyi başardık. Bu tür bir geçişi yapabilmek ve ardından düzinelerce ila yüzlerce nesli inceleyebilmek için temel olarak sahadaki 50 yıllık gelişmelerden yararlandık."dedi.
Araştırmacılar, ortaya çıkan neslin genomlarını analiz etmek ve onları ebeveynlerine geri haritalamak için hesaplama yöntemlerini kullandılar. Michener, "Genomdaki bu küçük DNA parçacığının ebeveyn A'dan geldiğini ve ardından ebeveyn B'den başka bir küçük parçacığın geldiğini söyleyebiliriz," dedi.
Nucleic Acids Research'te belirtildiği gibi, genom boyunca çeşitli uzunluk ölçeklerinde rekombinasyon buldular. Hem küçük hem de büyük DNA değişim parçalarımız vardı ve süreç çoğunlukla rastgele görünüyordu. Bunlar tam olarak genetik haritalamayı etkinleştirmek istediğimiz özelliklerdi.
Ekip o zamandan beri toplam dört tur rekombinasyon gerçekleştirdi ve bu da yaklaşık 500 tam sıralı ve yüksek oranda karıştırılmış soy ile sonuçlandı. ORNL'den Dan Jacobson tarafından yönetilen bir hesaplamalı sistem biyolojisi ekibi, istenen fiziksel özellikler ile bunların genetik temelleri arasındaki bağlantıları belirlemek için bakteri panelleri arasında fenotiplemeyi ve haritalamayı hızlandırmak için makine öğrenimi yöntemlerini kullanıyor.
Sonuç, örneğin temiz biyoyakıt üretimi için bitki biyokütlesini parçalamada daha iyi olan mikropların tasarımını hızlandırabilecek yeni bir mikrobiyal özellik haritalama yeteneğidir.
Michener, "Projeden çıkarılacak sonuçlardan biri, eski literatürde çok fazla yararlı bilgi bulunmasıdır. Bazen her şey en yeni, en havalı yaklaşımla ilgili değildir.” şeklinde aktardı.
Makale:academic.oup.com