Как исследователи обучают бактерии новому поведению
Исследователи в области синтетической биологии комбинируют природные компоненты новым способом, чтобы наделить бактерии функциями, которыми они ранее не обладали. Это открывает большой потенциал для биотехнологии.
Бактерии реагируют на температуру и метаболиты
В успешном исследовании Йоханны Россманит и её научного руководителя профессора Франца Нарберхауза из кафедры микробной биологии удалось контролировать, какие белки производит бактерия и её поведение. Так они заставили плавать бактерию, которая ранее не умела двигаться. Это стало возможным благодаря новому сочетанию различных модулей из РНК бактерии.
В исследовании, опубликованном в журнале Nucleic Acids Research, биологи использовали так называемые рибопереключатели (riboswitches) и РНК-термометры. Рибопереключатели обнаруживают избыток определённого метаболита в клетке и регулируют его биосинтез или поступление. РНК-термометры контролируют ряд температурно-чувствительных процессов.
Комбинирование модулей
«Регуляторные РНК-модули привлекательны для применения в синтетической биологии, потому что они напрямую и мгновенно обнаруживают сигналы из окружающей среды и включают или выключают последующие гены», — объясняет Йоханна Россманит.
Открытым оставался вопрос, можно ли такие природные компоненты произвольно комбинировать, как кубики Lego, для создания новых сенсоров. В своей работе аспирантка использовала различные рибопереключатели, которые она соединила последовательно с РНК-термометром. По альтернативной стратегии она интегрировала структуру термометра в рибопереключатель. Оба метода привели к созданию новых функциональных элементов, реагирующих на комбинацию химического и физического сигнала (в данном случае температуры).
Обучение бактерий плаванию
Чтобы заставить бактерии плавать, исследователи поместили ген, ответственный за движение бактерий, под контроль вновь скомбинированных РНК-регуляторов. Для успеха эксперимента была crucial правильная комбинация сигналов. Рибопереключателю требовалось, например, определённое химическое вещество в сочетании с определённой температурой.
Потенциал в биотехнологии
«РНК-переключатели не совсем так модульны, как детали в конструкторе, — признаёт Франц Нарберхаус. — Г-же Россманит пришлось протестировать и оптимизировать множество комбинаций, прежде чем она добилась функциональных блоков. Тем не менее, наши результаты показывают, что РНК-модули обладают большим потенциалом в биотехнологии для целевого контроля процессов в бактериальных клетках».