Ученые создали метод «оптоволюции» для эволюции белков с помощью света

Исследователи из Лаборатории физики биологических систем Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) представили новый метод направленной эволюции белков под названием «оптоволюция». Он использует свет для создания белков, способных к динамическому переключению, восприятию сигналов и выполнению простых вычислительных задач.

Традиционная направленная эволюция, применяемая для улучшения ферментов или антител, обычно отбирает белки, которые просто всегда активны. Однако в реальных биологических системах многие белки работают как переключатели или логические элементы, меняя состояние в зависимости от условий. Существующие методы не могли эффективно развивать такие сложные динамические функции.

Новый подход использует дрожжевые клетки, чей клеточный цикл был перепрограммирован так, что выживание и деление клетки зависели от способности тестируемого белка вовремя переключаться между активным и неактивным состояниями. Ученые применили оптогенетику, подавая на клетки точно рассчитанные световые импульсы, чтобы заставить белок менять состояние. Клетки с белками, которые переключались некорректно, погибали, а клетки с «правильными» белками продолжали делиться, передавая свои гены следующему поколению.

С помощью этого метода команда смогла улучшить несколько типов белков. Например, были созданы 19 новых вариантов светочувствительного транскрипционного фактора с повышенной чувствительностью, меньшей активностью в темноте или способностью реагировать на зеленый, а не только на синий свет. Также ученые эволюционировали красную светочувствительную систему, избавив ее от необходимости во внешнем химическом кофакторе.

Более того, метод позволил создать белок, работающий как простой компьютерный логический элемент «И»: он активировал гены только при одновременном присутствии светового и химического сигналов.

Эта технология открывает новые возможности для синтетической биологии, биотехнологий и фундаментальных исследований, позволяя создавать более умные клеточные схемы и лучше понимать эволюцию сложного поведения белков.