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.

Полный текст

Доступ закрыт

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