Модифицированный штамм дрожжей сделает вино безопаснее

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН разработали и запатентовали технологию генной модификации дрожжей, используемых в виноделии. Авторы удалили из генома микроорганизмов ген CAR1, отвечающий за синтез мочевины. Благодаря этому удалось предотвратить накопление данной молекулы в вине и тем самым избежать ее превращения в опасный канцероген. Исследование выполнено в рамках проекта Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий и поддержана национальным проектом «Наука и университеты».

При производстве вина традиционно используются дрожжи _Saccharomyces cerevisiae, _которые, собственно, и обеспечивают брожение виноградного сусла. Помимо реакции брожения в клетках этих микроорганизмов осуществляется множество других биохимических реакций, в том числе та, что приводит к образованию мочевины. При хранении вина это соединение реагирует со спиртом, превращаясь в этилкарбамат — вещество-канцероген. Поэтому биотехнологи ищут способы улучшить промышленные штаммы дрожжей так, чтобы они не производили мочевину.

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН предложили с помощью технологии геномного редактирования CRISR/Сas9 удалить ген CAR1, кодирующий аргиназу. Именно этот фермент отвечает за превращение аминокислоты аргинина в мочевину и орнитин (еще одну аминокислоту). Таким образом, если удалить ген CAR1, клетки дрожжей не смогут производить фермент, необходимый для синтеза мочевины.

Сложность геномного редактирования заключалась в том, что использованный авторами штамм Saccharomyces cerevisiae триплоиден, то есть имеет целых три набора хромосом. Для сравнения, геном человека несет всего две копии: одну от матери, а вторую от отца. Поэтому ученым нужно было контролировать, чтобы интересующий ген был «вырезан» во всех трех наборах хромосом. Проверку биотехнологи провели, используя метод полимеразной цепной реакции, который позволил убедиться в полном отсутствии последовательности CAR1. Кроме того, исследователи доказали успешность геномного редактирования, поместив модифицированные дрожжи на синтетическую среду, в которой единственным источником азота был аргинин. Поскольку в клетках из-за удаления гена CAR1 отсутствовал фермент аргиназа, они не были способны расти в таких условиях. И, наконец, секвенирование — определение последовательности всего генома Saccharomyces cerevisiae — также подтвердило отсутствие CAR1.

«Модифицированный штамм имеет большие перспективы для использования в виноделии, поскольку он позволяет получать продукт, в котором отсутствует мочевина, а значит не может появиться канцерогенное соединение», — рассказывает Виталий Кушниров, доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной генетики ФИЦ Биотехнологии РАН.