La tecnica retrò fa avanzare la moderna ingegneria batterica per la bioenergia

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Gli scienziati dell’ORNL hanno creato un nuovo processo di mappatura dei tratti microbici che migliora le tecniche classiche di fusione di protoplasti per identificare i geni che attivano tratti genetici desiderabili come una migliore elaborazione della biomassa. Credito: Nathan Armistead/ORNL, Dipartimento USA di Energia. Ristampato con il permesso di Oxford University Press, editore di Ricerca sugli acidi nucleici

Gli scienziati dell’Oak Ridge National Laboratory hanno riscontrato un problema nella mappatura dei genomi dei batteri per comprendere meglio l’origine dei loro tratti fisici e migliorare la loro funzione per la produzione di bioenergia. Il metodo che avevano utilizzato con successo per la mappatura genetica della materia prima vegetale per i biocarburanti è stato alleviato dalla creazione e quindi dall’analisi di diverse varianti sessualmente ricombinate, mentre i batteri generalmente si riproducono in modo asessuato con una diversità limitata.

“I batteri non sono nel modo di cui avevamo bisogno. In genere si riproducono per divisione, dove si passa da una cellula madre a due cellule figlie che hanno essenzialmente lo stesso genoma del genitore”, ha affermato Josh Michener, responsabile del progetto nella divisione Bioscienze dell’ORNL.

La soluzione è arrivata in uno strumento di ricerca genetica sviluppato per la prima volta negli anni ’70: la fusione di protoplasti. Gli scienziati sono stati in grado di incrociare ceppi di Bacillus utilizzando questa tecnica e hanno prodotto una vasta popolazione di organismi geneticamente disparati, che si tradurranno in una maggiore comprensione della variazione genomica e delle caratteristiche fisiche risultanti.

La fusione del protoplasto è un metodo di ingegneria genetica classico in cui le cellule vengono private del loro strato esterno e fuse chimicamente insieme, consentendo la ricombinazione tra i cromosomi dei genitori. Sebbene i ricercatori abbiano utilizzato la tecnica per decenni, prima come tecnica genetica di routine e poi come strumento per progettare tratti come la produzione di antibiotici nei microrganismi, i riarrangiamenti cromosomici sottostanti erano poco conosciuti.

“Quando gli scienziati hanno utilizzato questa tecnica di fusione di protoplasti in passato, non sapevano davvero che aspetto avessero i genomi della progenie a causa dei limiti tecnici del giorno”, ha detto Michener. “Siamo stati in grado di far rivivere la tecnica e renderla più semplice. Fondamentalmente abbiamo beneficiato di 50 anni di sviluppi sul campo in modo da poter fare questo tipo di incrocio e quindi esaminare da dozzine a centinaia di discendenti”.

I ricercatori hanno utilizzato metodi computazionali per analizzare i genomi della progenie risultante e mapparli sui loro genitori. “Potremmo dire che questo piccolo frammento di DNA nel genoma proveniva dal genitore A e poi un altro piccolo frammento dal genitore B, e così via”, ha detto Michener.

Hanno trovato ricombinazione in tutto il genoma attraverso una varietà di scale di lunghezza, come descritto in Ricerca sugli acidi nucleici. “Abbiamo scambiato piccoli e grandi pezzi di DNA e il processo sembrava essere per lo più casuale. Quelle erano esattamente le caratteristiche che volevamo consentire la mappatura genetica”.

Da allora il team ha intrapreso un totale di quattro round di ricombinazione, risultando in circa 500 discendenti completamente sequenziati e altamente mescolati. Un team di biologia dei sistemi computazionali guidato da Dan Jacobson di ORNL sta implementando metodi di apprendimento automatico per accelerare la fenotipizzazione e la mappatura su pannelli di batteri per identificare i collegamenti tra i tratti fisici desiderati e le loro basi genetiche.

Il risultato è una nuova capacità di mappatura dei tratti microbici che potrebbe accelerare la progettazione di microbi che, ad esempio, sono più efficaci nella scomposizione della biomassa vegetale per la produzione di biocarburanti puliti.

“Uno degli aspetti positivi del progetto è che ci sono un sacco di informazioni utili nella vecchia letteratura”, ha detto Michener. “A volte non si tratta solo dell’approccio più nuovo e sgargiante”.

La scoperta si aggiunge ai punti di forza principali della mappatura genetica per cui è noto il Center for Bioenergy Innovation dell’ORNL, ha aggiunto Michener. Altri membri del gruppo di ricerca erano Delyana Vasileva, Jared Streich, Leah Burdick, Dawn Klingeman, Hari Chhetri, Christa Brelsford, Chris Ellis e Dan Close.


Identificazione di piante altamente ricombinanti per la riproduzione


Maggiori informazioni:
Delyana P Vasileva et al, La fusione di protoplasti nelle specie Bacillus produce una ricombinazione omologa frequente, imparziale, dell’intero genoma, Ricerca sugli acidi nucleici (2022). DOI: 10.1093/nar/gkac025

Fornito da Oak Ridge National Laboratory

Citazione: La tecnica retrò fa avanzare la moderna ingegneria batterica per la bioenergia (2022, 6 aprile) recuperata il 6 aprile 2022 da https://phys.org/news/2022-04-retro-technique-advances-modern-bacterial.html

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