Практические успехи лабораторной эволюции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Адаптивная лабораторная эволюция (ALE) — это инновационный подход к созданию эволюционировавших штаммов микробов с желаемыми характеристиками и производству продуктов с высокой добавленной стоимостью. ALE также используется как инструмент для более глубокого понимания генетических и/или метаболических путей эволюции. В представленном обзоре предпринята попытка проанализировать результаты работ, объясняющих и демонстрирующих возможности микроорганизмов, как модельных объектов для проведения лабораторных эволюционных экспериментов, все чаще используемых для изучения адаптации, оценки динамики эволюции и проверки различных эволюционных гипотез. Вместе с тем ALE показала себя как многообещающий и эффективный метод, который при использовании для биотехнологических целей, уже привел к получению новых полезных микробиологических штаммов. При этом надо отметить, что имеющиеся на сегодняшний день успехи не только иллюстрируют мощь и универсальность этого подхода, но и выявляют ряд вопросов, остающихся пока без ответа, а сделанные на основании ALE выводы, требуют осторожности в интерпретации полученных результатов.

Об авторах

Я. Е. Дунаевский

МГУ имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: dun@belozersky.msu.ru

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского

Россия, Москва, 119991

О. А. Кудрявцева

МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: dun@belozersky.msu.ru

биологический факультет

Россия, Москва, 119991

С. М. Агроскин

МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: dun@belozersky.msu.ru

биологический факультет

Россия, Москва, 119991

А. А. Гаспарян

МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: dun@belozersky.msu.ru

биологический факультет

Россия, Москва, 119991

М. А. Белозерский

МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: dun@belozersky.msu.ru

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского

Россия, Москва, 119991

Список литературы

  1. Sandberg T.E., Salazar M.J., Weng L.L., Palsson B.O., Feist A.M. // Metab. Eng. 2019. V. 56. P. 1–16.
  2. Kumar R., Kumar P. // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 450. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00450
  3. Adegboye M.F., Ojuederie O.B., Talia P.M., Babalola О.О. // Biotechnol. Biofuels. 2021. V. 14. P. 5. https://doi.org/10.1186/s13068-020-01853-2
  4. Cho J.S., Kim G.B., Eun H., Moon C.W., Lee S.Y. // JACS Au 2022. V. 2. P. 1781–1799.
  5. Sanchez-Garcia L., Martín L., Mangues R., Ferrer-Miralles N., Vázquez E., Villaverde A. // Microb. Cell Fact. 2016. V. 15. P. 33. https://doi.org/10.1186/s12934-016-0437-3
  6. Martinez R.J., Liu L., Petranovic D., Nielsen J. // Curr. Opin. Biotechnol. 2012. V. 23. P. 965–971.
  7. Rai A.K., Pandey A., Sahoo D. // Trends Food Sci. Technol. 2019. V. 83. P. 129–137.
  8. Elena S.F., Lenski R.E. // Nat. Rev. 2003. V. 4. P. 457–469.
  9. Cakar Z.P., Turanli-Yildiz B., Alkim C., Yilmaz U. // FEMS Yeast Res. 2012. V. 12. P. 171–182.
  10. Dragosits M., Mattanovich D. // Microb. Cell Fact. 2013. V. 12. P. 64. https://doi.org/10.1186/1475-2859-12-64
  11. Hirasawa T, Maeda T. // Microorganisms 2022. V. 11. P. 92. https://doi.org/10.3390/microorganisms11010092
  12. LaCroix R.A., Sandberg T.E., O’Brien E.J., Utrilla J., Ebrahim A., Guzman G.I. et al. // Appl. Environ. Microbiol. 2015. V. 81. P. 17–30.
  13. Ibarra R., Edwards J., Palsson B. // Nature. 2002. V. 420. P. 186–189.
  14. Kim K., Hou C.Y., Choe D., Kang M., Cho S., Sung B.H. et al. // Metab. Eng. 2022. V. 69. P. 59–72.
  15. Fong S.S., Marciniak J.Y., Palsson B. // J. Bacteriol. 2003. V. 185. P. 6400–6408.
  16. Sánchez-Adriá I.E., Sanmartín G., Prieto J.A., Estruch F., Fortis E., Randez-Gil F. // LWT-Food Sci. Technol. 2023. V. 184. P. 114957. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.114957
  17. Hong K.K., Vongsangnak W., Vemuri G.N., Nielsen J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. P. 12179–12184.
  18. Almeida J.R.M., Modig T., Petersson A., Hähn-Hägerdal B., Lidén G., Gorwa-Grauslund M.F. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2007. V. 82. P. 340–349.
  19. Mavrommati M., Papanikolaou S., Aggelis G. //Process Biochem. 2023. V. 124. P. 280–289.
  20. Tekarslan-Sahin S.H. // Fermentation 2022. V. 8. P. 372. https://doi.org/10.3390/fermentation8080372
  21. Voordeckers K., Kominek J., Das A., Espinosa-Cantú A., De Maeyer D., Arslan A. et al. // PLoS Genet. 2015. V. 11. P. e1005635. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005635
  22. Krogerus K., Holmström S., Gibson. B. // Appl. Environ. Microbiol. 2018. V. 84. P. e02302-17. https://doi.org/10.1128/AEM.02302-17
  23. Ekberg J., Rautio J., Mattinen L., Vidgren V., Londesborough J., Gibson B.R. // FEMS Yeast Res. 2013. V. 13. P. 335–349.
  24. Swamy K.B.S., Zhou N. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2019. V. 103. P. 2067–2077.
  25. Brickwedde A., Van den Broek M., Geertman J.A., Magalhães F., Kuijpers N.G.A., Gibson B. et al. // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 1690. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01690
  26. Iattici F., Catallo M., Solieri L. // Beverages 2020. V. 6. P. 3. https://doi.org/10.3390/beverages6010003
  27. Gibson B., Vidgren V., Peddinti G., Krogerus K. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2018. V. 45. P. 1103–1112.
  28. Blount Z., Borland C., Lenski R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. V. 105. P. 7899–7906.
  29. Lee D.H., Palsson B. // Appl. Environ. Microbiol. 2010. V. 76. P. 4158–4168.
  30. Veeravalli K., Boyd D., Iverson B.L., Beckwith J., Georgiou G. // Nat. Chem. Biol. 2011. V. 7. P. 101–105.
  31. Dev C., Jilani S.B., Yazdani S.S. // Microb. Cell Fact. 2022. V. 21. P. 154. https://doi.org/10.1186/s12934-022-01879-1
  32. Seong W., Han G.H., Lim H.S., Baek J.I., Kim S.J., Kim D. et al. // Metab. Eng. Commun. 2020. V. 62. P. 249–259.
  33. Lee Y., Sathesh-Prabu C., Kwak G.H., Bang I., Jung H.W., Kim D., Lee S.K. // Biotechnol. J. 2022. V. 17. P. e2000416. https://doi.org/10.1002/biot.202000416
  34. Jin C., Hou W., Yao R., Zhou P., Zhang H., Bao J. // Bioresour. Technol. 2019. V. 289. P. 121623. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.121623
  35. Sarkar P., Mukherjee M., Goswami G., Das D. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2020. V. 47. P. 329–341.
  36. Hemansi H., Patel A.K., Saini J.K., Singhania R.R. // Bioresour. Technol. 2022. V. 344(Pt B). P. 126247. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126247
  37. Millán C., Peña C., Flores C., Espín G., Galindo E., Castillo T. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2020. V. 36. P. 46. https://doi.org/10.1007/s11274-020-02822-5
  38. Zhang J., Jin B., Fu J., Wang Z., Chen T. // Molecules 2022. V. 27. P. 22. https://doi.org/10.3390/molecules2709302
  39. Catrileo D., Acuña-Fontecilla A., Godoy L. //Front. Microbiol. 2020. V. 11. P. 1–13.
  40. Godara A., Kao K.C. // Microb. Cell Fact. 2021. V. 20. P. 106. https://doi.org/10.1186/s12934-021-01598-z
  41. Zhu C., You X., Wu T., Li W., Chen H., Cha Y. et al. // Green Chem. 2022. V. 24. P. 4614–4627.
  42. Klimacek M., Kirl E., Krahulec S., Longus K., Novy V., Nidetzky B. // Microb. Cell Fact. 2014. V. 13. P. 37. https://doi.org/10.1186/1475-2859-13-37
  43. Hughes B.S., Cullum A.J., Bennett A.F. // Evolution 2007. V. 61. P. 1725–1734.
  44. Kishimoto T., Iijima L., Tatsumi M., Ono N., Oyake A., Hashimoto T. et al. // PLoS Genet. 2010. V. 6. P. e1001164. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001164
  45. Royce L.A., Yoon J.M., Chen Y., Rickenbach E., Shanks J.V., Jarboe L.R. // Metab. Eng. 2015. V. 29. P. 180–188.
  46. Tilloy V., Ortiz-Julien A., Dequin S. // Appl. Environ. Microbiol. 2014. V. 80. P. 2623-2632.
  47. Caspeta L., Chen Y., Ghiaci P., Feizi A., Buskov S., Hallström B.M. et al. // Science 2014. V. 346. P. 75–78.
  48. Wallace-Salinas V., Gorwa-Grauslund M.F. // Biotechnol. Biofuels 2013. V. 6. P. 151. https://doi.org/10.1186/1754-6834-6-151
  49. Horinouchi T., Tamaoka K., Furusawa C., Ono N., Suzuki S., Hirasawa T. et al. // BMC Genomics 2010. V. 11. P. 579. https://doi.org/10.1186/1471-2164-11-579
  50. Atsumi S., Wu T.Y., Machado I.M., Huang W.C., Chen P.Y., Pellegrini M. et al. // Mol. Syst. Biol. 2010. V. 6. P. 449. https://doi.org/10.1038/msb.2010.98
  51. Hartono S., Meijerink M.F.A., Abee T., Smid E.J., van Mastrigt O. // New Biotechnol. 2023. V. 78. P. 123–130.
  52. Becker J., Wittmann C. // Curr. Opin. Biotechnol. 2012. V. 23. P. 718–726.
  53. Mundhada H., Seoane J.M., Schneider K., Koza A., Christensen H.B., Klein T. et al. // Metab. Eng. 2017. V. 39. P. 141–150.
  54. Creamer K.E., Ditmars F.S., Basting P.J., Kunka K.S., Hamdallah I.N., Bush S.P. et al. // Appl. Environ. Microbiol. 2017. V. 83. P. e02736-16. https://doi.org/10.1128/AEM.02736-16
  55. Niu F.X., He X., Wu Y.Q., Liu J.Z. // Front. Microbiol. 2018. V. 9. P. 1623. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01623
  56. Matson M.M., Cepeda M.M., Zhang A., Case A.E., Kavvas E.S., Wang X. et al. // Metab. Eng. 2022. V. 69. P. 50–58.
  57. Rychel K., Tan J., Patel A., Lamoureux C., Hefner Y., Szubin R. et al. // Cell Rep. 2023. V. 42. P. 113105. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.113105
  58. Cavero-Olguin V.H., Rahimpour F., Dishisha T., Alvarez-Aliaga M.T., Hatti-Kaul R. // Process Biochem. 2021. V. 110. P. 223–230.
  59. Zhang W., Tao Y., Wu M., Xin F., Dong W., Zhou J., et al. // Process Biochem. 2020. V. 98. P. 76–82.
  60. Ghoshal M., Bechtel T.D., Gibbons J.G., McLandsborough L. // Front. Microbiol. 2023. V. 14. P. 1285421. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1285421
  61. Kim Y.Y., Kim J.C., Kim S., Yang J.E., Kim H.M., Park H.W. // Food Res. Int. 2024.V. 175. P. 113731. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.113731 Xia H., Kang Y., Ma Z., Hu C., Yang Q., Zhang X., et al. // Microb. Cell Fact. 2022. V. 21. P. 269. https://doi.org/10.1186/s12934-022-01996-x
  62. Gong A., Liu W., Lin Y., Huang L., Xie Z. // Microbiol. Spectr. 2023. V. 11. P. e0132623. https://doi.org/10.1128/spectrum.01326-23
  63. Yao L., Jia Y., Zhang Q., Zheng X., Yang H., Dai J. et al. // Front. Microbiol. 2024. V. 14. P. 1333777. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1333777
  64. Friedman L., Alder J.D., Silverman J.A. // Antimicrob. Agents Chemother. 2006. V. 50. P. 2137–2145.
  65. Charusanti P., Fong N.L., Nagarajan H., Pereira A.R., Li H.J., Abate E.A., et al. // PLoS One 2012. V. 7. P. e33727. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0033727
  66. Çakar Z.P., Seker U.O.S., Tamerler C., Sonderegger M., Sauer U. // FEMS Yeast Res. 2005. V. 5. P. 569–578.
  67. Sauer U. // Eng. Biotechnol. 2001. V. 73. P. 130–166.
  68. Portnoy V.A., Bezdan D., Zengler K. // Curr. Opin. Biotechnol. 2011. V. 22. P. 590–594.
  69. Choe D., Lee J.H., Yoo M., Hwang S., Sung B.H., Cho S. et al. // Nat. Commun. 2019. V. 10. P. 935. https://doi.org/10.1038/s41467-019-08888-6
  70. Dunham M.J. // Methods Enzymol. 2010. V. 470. P. 487-507.
  71. Giannakou K., Cotterrell M., Delneri D. // Front. Genet. 2020. V. 11 P. 916. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.00916
  72. Gassler T., Baumschabl M., Sallaberger J., Egermeier M., Mattanovich D. // Metab. Eng. 2022. V. 69. P. 112–121.
  73. Liu Z., Radi M., Mohamed E.T. T., Feist A.M., Dragone G., Mussatto S.I. // Bioresour. Technol. 2021. V. 333. P. 125171. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125171
  74. Semumu T., Gamero A., Boekhout T., Zhou N. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2022. V. 38. P. 48. https://doi.org/10.1007/s11274-021-03226-9
  75. Fernandes T., Osório C., Sousa M.J., Franco-Duarte R. // J. Fungi 2023. V. 9. P. 186. https://doi.org/10.3390/jof9020186
  76. Dolpatcha S., Phong H.X., Thanonkeo S., Klanrit P., Yamada M., Thanonkeo P. // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 21000. https://doi.org/10.1038/s41598-023-48408-7
  77. Bodinaku I., Shaffer J., Connors A.B., Steenwyk J.L., Biango-Daniels M.N., Kastman E.K. et al. // Мbio 2019. V. 10. P. e02445-19. https://doi.org/10.1128/mBio.02445-19
  78. Du Z.-Y., Zienkiewicz K., Pol N.V., Ostrom N.E., Benning C., Bonito G.M. // Elife 2019. V. 8. P. e47815. https://doi.org/10.7554/eLife.47815
  79. Kale S.P., Bhatnagar D., Bennett J.W. // Mycol. Res. 1994. V. 98. P. 645–652.
  80. Horn B.W., Dorner J.W. // Mycologia 2002. V. 94. P. 741–751.
  81. Voyles J., Johnson L.R., Rohr J., Kelly R., Barron C., Miller D. et al. // Oecologia 2017. V. 184. P. 363–373.
  82. Valero-Jiménez C.A., van Kan J.A.L., Koenraadt C.J.M., Zwaan B.J., Schoustra S.E. // Evol. Appl. 2017. V. 10. P. 433–443.
  83. de Crecy E., Jaronski S., Lyons B., Lyons T.J., Keyhani N.O. // BMC Biotechnol. 2009. V. 9. P. 74. https://doi.org/10.1186/1472-6750-9-74
  84. Han J.O., Naeger N.L., Hopkins B.K., Sumerlin D., Stamets P.E., Carris L.M. et al. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 10582. https://doi.org/10.1038/s41598-021-89811-2
  85. Wang G., Li Q., Zhang Z., Yin X., Wang B., Yang X. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2023. V. 50. P. kuac023. https://doi.org/10.1093/jimb/kuac023

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».