Punainen valo voi ohjailla bakteerin geenejä
Tutkijat kehittivät menetelmän, jolla bakteerin geenien ilmentymistä ohjataan punaisen valon avulla. Menetelmää voi hyödyntää esimerkiksi lääkeproteiinien tuotannossa.

Tutkijat ovat kehittäneet uuden keinon säädellä E. coli -bakteerin geeniekspressiota eli geenien ilmentymistä käyttämällä punaista valoa. Helsingin, Jyväskylän ja Bayreuthin yliopiston tutkijoiden kehittämissä optogeneettisissä pREDusk-työkaluissa punainen valo voi pysäyttää tai käynnistää bakteerin geeniekspression.

– Geenien tehtävänä on näyttää soluille, kuinka tuottaa molekyylejä, kuten proteiineja. Soluissa on lukematon määrä erilaisia proteiineja, jotka vaikuttavat esimerkiksi solun aineenvaihduntaan. Geeniekspression valo-ohjattavuus antaa uuden työkalun näiden tutkimiseen, kertoo anatomian osaston väitöskirjatutkija Elina Multamäki Helsingin yliopistosta. 

Aikaisemmassa tutkimuksessa oli selvinnyt, miten eräs tunnettu punaista valoa aistiva fytokromi eli valoreseptoriproteiini toimii. Tutkijat olivat myös huomanneet, että fytokromin valoa aistivan osan avulla on mahdollista ohjata toisten proteiinien toimintaa. pREDusk-työkalut kehitettiin näiden aiempien tulosten pohjalta.

– Käyttämällä fluoresoivaa merkkiproteiinia pystyimme arvioimaan, että proteiinin tuoton ohjaus onnistui sekä 100 millilitran nestekasvatuksissa että yksittäisten bakteerisolujen tasolla, Multamäki kertoo.

Valo ohjaa proteiinintuotantoa

Optogeneettisiä pREDusk-työkaluja voi käyttää esimerkiksi ohjailemaan bakteerisoluissa tapahtuvaa proteiinintuotantoa. Sovelluskohteita on sekä bioteknologiassa että potilaiden hoidossa.

E. coli -bakteereita on käytetty jo vuosia lääkeproteiinien, kuten insuliinin, tuotossa. Multamäen mukaan valon ansiosta bakteerisolut saataisiin tuottamaan proteiinia aiempaa tehokkaammin. Samalla valon käyttäminen korvaisi proteiinin tuottoa säätelevät kemialliset yhdisteet.

– Kemialliset yhdisteet ovat hankalia, koska kun ne on lisätty, niitä ei voi enää poistaa. Valoa taas voidaan lisätä tai vähentää proteiinin tuoton eri vaiheissa, Multamäki kertoo.

Yksi sovelluskohde voi löytyä suolistosta.

– Häiriöt suoliston mikrobiomissa ovat osoittautuneet merkittäväksi tekijäksi monissa sairauksissa, esimerkiksi Crohnin taudissa ja tyypin 2 diabeteksessa. Koska punainen valo tunkeutuu syvälle nisäkäskudokseen, bakteerien proteiinituotantoa voitaisiin ohjata myös suolistossa.

Tutkimus on julkaistu ACS Synthetic biology -lehdessä elokuussa 2022. Tutkimus on osa FT Heikki Takalan (Helsingin yliopisto ja Jyväskylän yliopisto) sekä professori Andreas Möglichin (Bayreuthin yliopisto) ryhmien yhteistä optogenetiikan alan tutkimusta.