Исследователи во главе с профессором Йоханом Тевелеином (Центр микробиологии VIB-KU Leuven) обнаружили, что дрожжи Saccharomyces boulardii, обладающие известными пробиотическими свойствами, производят уникально избыточное количество уксусной кислоты. Им также удалось найти генетическую основу данного механизма, что позволило управлять выработкой уксусной кислоты в дрожжах.

Если уникальные преимущества генетически-модифицированных S. boulardii подтвердятся на животных моделях, это заложит основу для создания первого генетически-сконструированного пробиотика.

Предыстория такова. Еще в 1923 году французский ученый Анри Булар выделил загадочный штамм дрожжей из плода личи, произрастающего в Юго-Восточной Азии. Оказалось, что эти дрожжи обладают неожиданно сильными пробиотическими свойствами. 

Дрожжи, названные Saccharomyces boulardii, с тех пор начали применяться для лечения диареи и других кишечных заболеваний. В настоящее время они продаются в аптеках по всему миру под различными торговыми марками. 

Однако недавний анализ последовательности ДНК всего генома дрожжей выявил нечто новенькое. Оказалось, что штамм S. boulardii тесно связан с гораздо более известными Saccharomyces cerevisiae — разновидностью дрожжей которые традиционно используются в выпечке, пивоварении, виноделии, производстве биоэтанола и др.

Последовательности ДНК этих двух дрожжей настолько похожи, что S. boulardii теперь рассматривается не как отдельный вид, а исключительно как разновидность S. cerevisiae. Тем не менее, S. cerevisiae лишены пробиотической пользы в отличие от S. boulardii. Что явилось тому причиной, некоторое время оставалось загадкой.  

Пытаясь найти разгадку, команда под руководством профессора Йохана Тевелейна обнаружила, что отличительная черта Saccharomyces boulardii — производство большого количества уксусной кислоты, основного ингредиента уксуса. Уксусная кислота хорошо известна как консервант, тормозящий рост всех микроорганизмов. Таким образом защитный (пробиотический) эффект S. boulardii стал понятен. Но встал вопрос — как эти дрожжи умудряются производить такое большое количество уксусной кислоты?

В процессе исследований ученые смогли найти в S. boulardii две уникальные мутации, ответственные за выработку уксусной кислоты. Эти мутации действуют как генетический «отпечаток пальца», потенциально позволяющий выделять и идентифицировать новые штаммы S. boulardii в природе.

А пока, основываясь на этих знаниях, исследователи смогли применить редактирование генома CRISPR/Cas, чтобы регулировать пробиотическую активность: например, полностью отменить производство уксусной кислоты или, наоборот, переключиться на сверхвысокий уровень производства уксусной кислоты, а потом вернуть все как было.

Такие модифицированные штаммы дрожжей ученые собираются использовать для обнаружения оптимальной выработки уксусной кислоты, подходящей для пробиотической защиты лабораторных животных. Это откроет путь к более эффективному лечению кишечных заболеваний.