Исследователи синхронизировали мигающие «генетические часы»
Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego), которые в прошлом году создали генетически модифицированные бактерии, отслеживающие время с помощью периодического включения и выключения флуоресцентных белков в своих клетках, сделали новый шаг к созданию программируемого генетического сенсора. Они синхронизировали эти бактериальные «генетические часы» для одновременного мигания и модифицировали гены бактерий так, чтобы частота мигания менялась при изменении условий окружающей среды.
Это достижение, подробно описанное в статье в выпуске журнала Nature от 21 января, является ключевым шагом в создании генетических сенсоров. В будущем они могут предоставлять людям информацию об изменениях температуры, наличии токсинов и других потенциальных опасностях в окружающей среде, отслеживая изменения частоты мигания бактерий.
«Программирование живых клеток — одна из определяющих целей новой области синтетической биологии», — отметил Джефф Хасти, доцент биологии и биоинженерии в UCSD, руководивший исследовательской группой вместе с Львом Цимерингом, заместителем директора Института BioCircuits при UCSD.
В своей работе исследователи использовали тип бактериальной коммуникации, при котором бактерии обмениваются малыми молекулами — механизм, известный как чувство кворума. Они спроектировали и построили сеть в бактерии-модели E. coli с компонентами положительной и отрицательной обратной связи, что позволило создать колонию синхронизированных часов.
Учёные создали устройства для точного контроля размеров бактериальных колоний в двух разных масштабах: микрон (миллионная доля метра) и миллиметр (тысячная доля метра).
- На микронном масштабе клетки в колониях колеблются синхронно с периодом от 50 до 90 минут, который можно настраивать внешне.
- На миллиметровом масштабе время диффузии сигнала становится более важным, что позволило исследователям наблюдать распространение сигнала через колонию.
«Использование чувства кворума — многообещающий подход для повышения чувствительности и надёжности динамического отклика на внешние сигналы», — сказал Хасти. — «Мы считаем, что синхронизированные генетические часы закладывают основу для использования микробов в качестве макроскопического биосенсора с колебательным выходом или для применения синхронизированного периодического сигнала в доставке лекарств».