Управляемая эволюция бактерий увеличила производство плазмидной ДНК для биомедицины

Автор: Цзыдань Ли.

Исследователи контролируемо модифицировали бактерии E. coli в лаборатории, чтобы значительно увеличить количество производимой ими плазмидной ДНК (пДНК). Это важное достижение, поскольку пДНК является ключевым — и дорогостоящим — компонентом многих генетических терапий, а новая технология может снизить стоимость таких медицинских процедур.

Статья «Индуцируемый мутагенез для улучшения производства пДНК E. coli» опубликована в журнале Microbial Cell Factories.

Плазмидная ДНК естественным образом встречается у многих бактерий и отличается от других форм ДНК тем, что её двойная спираль образует кольцо, а не линейную структуру, как у человека и большинства других организмов.

«Плазмидная ДНК относительно проста в работе в лаборатории — она стабильна и легко модифицируется», — говорит Нейтан Крук, ведущий автор исследования и доцент химической и биомолекулярной инженерии в Университете Северной Каролины. «Кроме того, она особенно эффективна для введения генетической информации в клетки. Это делает её крайне полезной для многих генетических терапий, а также вакцин, используемых в ветеринарии».

Однако получение пДНК для исследований и производства обходится дорого.

«Плазмидная ДНК в основном производится генетически модифицированными бактериями и может стоить до $100 000 (~8 млн рублей) за грамм», — поясняет Крук. «Наша цель состояла в том, чтобы создать штаммы E. coli, более эффективные в производстве пДНК, и мы были удивлены, насколько успешными оказались. Я ожидал небольшого улучшения, но результат превзошёл ожидания».

Учёные внесли мутации в уже модифицированные бактерии E. coli и протестировали их, отбирая наиболее продуктивные штаммы. В результате им удалось увеличить выход пДНК в 8,7 раз для одного из типов плазмид, используемых в генной терапии, и на 44% — для другого, сложного в производстве.

«Мы оптимистично настроены, что это может значительно снизить стоимость производства пДНК для биомедицинских применений и ускорить исследования», — добавил Крук.

Исследование проводилось совместно с Ибрагимом Аль-Абри, бывшим аспирантом NC State, профессором биологических наук Ихуэй Чжоу и научным ассистентом Джорджем Суном.

Подробнее: Li, Z. et al, Inducible genome-wide mutagenesis for improvement of pDNA production by E. coli, Microbial Cell Factories (2025). DOI: 10.1186/s12934-025-02821-x.