Головні біотехнологічні інновації 2023 року

У світі біотехнології кожен рік приносить приголомшливі інновації та переломні моменти, що сприяють розв'язанню складних проблем і поліпшенню якості життя, 2023 рік не є винятком. Він подарував нам дивовижні досягнення і перспективи в галузі біотехнології, які реально змінюють наш світ.

У цій статті ви дізнаєтеся про те, які відкриття і розробки привернули увагу світової спільноти вчених та інноваторів, і як ці інновації можуть змінити ландшафт медицини, сільського господарства, довкілля та багатьох інших галузей. Давайте разом досліджувати майбутнє, яке вже настало.

Генно-інженерні рослини, стійкі до стресів навколишнього середовища

Епідерміс коренів рослин має довгі виступи кореневих волосків, що збільшують площу їхньої поверхні для поглинання води та поживних речовин. Фосфати є ключовою поживною речовиною для росту рослин і фотосинтезу. Однак низька концентрація фосфатів у ґрунті ускладнює їх засвоєння і може спричинити дефіцит поживних речовин у рослин.

Дослідники-біотехнологи з Пенсільванського університету виявили, що надекспресія гена GRP8 збільшує утворення кореневих волосків і, таким чином, збільшує площу поверхні для поглинання води та поживних речовин. Також було виявлено, що надекспресія цього багатого на гліцин РНК-зв'язуючого білка покращує стійкість рослин до фосфатного голодування, підвищує стійкість до стресів довкілля і знижує потребу в добривах.

Платформа для безклітинного виробництва білка

Безклітинний синтез білка (CFPS) призводить до виробництва білків з використанням процесів біологічної транскрипції та трансляції без необхідності використання живих клітин. Натомість у цьому методі використовується лізат, який містить усі необхідні макромолекули, що полегшують біологічний синтез, однак приготування лізату потребує багато часу та грошей, тому є потреба в покращених методах CFPS.

Дослідники з Австралійського національного університету розробили новий метод створення інкапсульованих клітинних структур (eCells) на основі лізату E. coli для використання в CFPS. Цей біотехнологічний прорив дає змогу ефективно й економічно вигідно виробляти eCells, які, своєю чергою, можуть бути використані для синтезу біопродуктів, що мають високу комерційну цінність і промислове значення.

Репродуктивний гормон для корів

Фолікулостимулюючий гормон (ФСГ) широко використовується для сприяння відтворенню у тваринництві. Однак більша частина ФСГ, вироблена біотехнологічними компаніями, надходить від свиней. Це пов'язано зі значними ризиками при використанні на великій рогатій худобі, особливо у зв'язку з передачею захворювань між видами тварин і стимуляцією небажаних імунних реакцій.

Щоб боротися з небезпеками використання свинячого ФСГ у великої рогатої худоби, група біотехнологів з Південної Америки, що представляє Hub APTA, створила рекомбінантний ФСГ великої рогатої худоби, який успішно збільшує овуляцію в корів зі зниженими ризиками, збільшеним часом біологічної дії та поліпшеною стабільністю в крові.

Новий штам E. Coli для синтезу біорозкладних пластиків

Оскільки за останні 20 років обсяг пластикових відходів у світі збільшився більш ніж удвічі, біорозкладні пластмаси стають дедалі більш затребуваними. Одним із класів перспективних біорозкладних пластиків є полігідроксіалканоати (ПГА), які виробляються біотехнологічною промисловістю за допомогою мікробної ферментації. 

Оскільки ці мономери PHA виробляються мікробами, їхній остаточний склад може бути важко контролювати однаково, що впливає на загальні фізичні властивості матеріалу. Однак тепер вчені Державного університету Нью-Йорка розробили новий штам E. coli, який синтезує сополімери PHA з адаптованими комбінаціями мономерів, що дає змогу коригувати і точно налаштовувати фізичні властивості для кожного застосування.

Нові методи контролю експресії генів у сільськогосподарській біотехнології

Зростання населення і глобальний клімат, що постійно змінюється, відкрили двері безлічі проблем, які впливають на джерела продовольства в глобальному масштабі. Таким чином, біотехнологічна індустрія прискорила необхідність створення більш швидких і точних технологій, щоб дійсно справити позитивний вплив на глобальні джерела продовольства. Одним із таких обмежень на шляху розробки нових джерел їжі є регулярне впровадження ендогенних промоторів під час експресії генів рослин, використання яких ускладнює контроль і точне налаштування експресії зазначених генів, а, отже, затримує та навіть зупиняє виробництво нових і покращених видів рослин, які можна використовувати як джерело їжі.

Дослідницька група з Національної лабораторії Лоуренса в Берклі розробила нову триточкову стратегію синтетичного виробництва регуляторів транскрипції, використовуючи ключові елементи дріжджів і видів рослин. Використання цих елементів дає змогу охопити різноманітну бібліотеку регуляторів транскрипції для контролю еукаріотичної транскрипції. Ця технологія надасть агротехнологічній промисловості ефективний спосіб координації експресії безлічі генів цілеспрямованим, екологічно чутливим і тканинно-специфічним способом, відкриваючи шлях розробці нових і доступних харчових продуктів у глобальному масштабі.

Генетично модифіковані волокнисті культури для виготовлення водонепроникних матеріалів

Оскільки ми прагнемо знайти більш екологічні матеріали для наших повсякденних предметів, рослини все частіше розглядаються як екологічно чистий шлях до створення біополімерів. На жаль, рослинні луб'яні волокна, основне джерело цих біополімерів, мають недолік, який впливає на механічні властивості матеріалу; поглинання вологи. 

Дослідники-біотехнологи з Люксембурзького інституту науки і технологій розробили альтернативний метод створення волоконних культур, які експресують амфіпатичні білки, що можуть утворювати моношари на гідрофільно-гідрофобних кордонах розділу. Вони можуть слугувати підходящою заміною широко поширеним хімічним методам досягнення проникності, оскільки цей метод не викликає негативних змін у морфології луб'яних волокон.

Біосумісні білки для регульованої протонної провідності, що зустрічаються в природі

Протонпровідні матеріали необхідні для поновлюваних джерел енергії та технологій біоелектроніки. Багато сучасних пристроїв покладаються на транспортування протонів, починаючи від паливних елементів і транзисторів і закінчуючи біосенсорами та медичними імплантатами. Протонпровідним матеріалам на основі білків приділяють значно менше уваги, ніж іншим штучним матеріалам, незважаючи на те, що вони володіють великим потенціалом модульності, настроюваності та технологічності.

Дослідники з Каліфорнійського університету в Ірвайні виготовили біосумісний і універсальний протонпровідний матеріал зі структурних білків, які трапляються в природі і які були виявлені у головоногих молюсків. Ці протонпровідні білки головоногих молюсків ("PCCP") можуть протистояти нагріванню і кислотності і можуть бути модифіковані за допомогою методів генної інженерії для налаштування отриманих електричних властивостей відповідно до різних специфікацій, що дає змогу легко інтегрувати їх у системи протонного потоку.