Биологи научились использовать вирусы для ускорения искусственной эволюции

Эволюция — движущая сила жизни, и, как всякую силу, ее можно поставить на службу человеку. В естественных условиях давление среды и отбор заставляют организмы вырабатывать новые адаптации, чтобы выжить и размножиться. Используя такой подход в лаборатории, биологи называют его «направленной эволюцией». Он уже позволяет получать микробы и клетки, гены и белки с нужными свойствами, а в 2018 году пионеры этой методики были удостоены Нобелевской премии по химии.

Однако даже направленная эволюция требует времени и множества поколений, затрудняя применение этого многообещающего метода. Ускорить процесс обещает новая методика VEGAS (Viral Evolution of Genetically Actuating Sequences, «Вирусная эволюция для генетической стимуляции последовательностей»), предложенная учеными из Университета Северной Каролины. Статья Брайана Рота (Bryan Roth) и его соавторов опубликована в журнале Cell.

Ключевым нововведением технологии стало применение вируса лихорадки Синдбис, отличающегося высокой изменчивостью и способностью заражать клетки млекопитающих. Модифицированные вирусные частицы не несут опасных генов, зато ученые добавили к ним гены, позволяющие выполнять нужную операцию внутри клетки-хозяина. Такие вирусы могут направленно встраиваться в определенные участки ДНК и создавать в них «горячие» точки особенно высокой изменчивости. Остается создать давление отбора, и соответствующий ген начинает эволюционировать на порядки быстрее.

Для демонстрации VEGAS в деле авторы провели несколько экспериментов. В частности, они заставили клетки выработать новую форму тетрациклин-контролируемого фактора активации (tTA). Этот белок служит обычной целью тетрациклина, доксициклина и родственных им антибиотиков, однако после применения VEGAS в нем всего за неделю появились 22 новые мутации, сделавшие tTA невосприимчивым к этим препаратам. Для сравнения, традиционные методы направленной эволюции потребовали для этого больше четырех месяцев и позволили получить белок всего с двумя мутациями и лишь частично устойчивый к антибиотикам.

Возможно, в будущем VEGAS станет важным элементом создания новых лекарств, прививок и вакцин. Сегодня этот процесс растягивается на годы, но с ускоренной «вирусной эволюцией» может резко сократиться по времени.