Новое микрофлюидное устройство ускорит введение ДНК в бактерии — первый шаг генной инженерии

Новое микрофлюидное устройство, разработанное инженерами MIT, поможет быстро найти "золотую середину" электрического поля — диапазон потенциалов, который безвредно и временно откроет поры в мембране клетки для проникновения ДНК. Устройство в принципе можно использовать для любых микроорганизмов или клеток, что значительно ускорит первый этап генетической инженерии.

Проблема "выстрела в темноту"

Сейчас для электроопорации — процесса, при котором клетки подвергаются воздействию электрического поля для открытия пор в мембране — известны условия лишь для небольшой доли существующих в природе организмов. Поиск условий, которые сработают для нового организма, может занять месяцы или годы.

Ключевая задача: найти электрическое поле, достаточно сильное, чтобы временно продырявить мембрану для проникновения ДНК, но не настолько сильное, чтобы убить клетку. Это зависит от многих параметров, включая состав раствора и способ подачи поля.

Диапазон в одном эксперименте

Устройство представляет собой канал, сужающийся посередине. При подаче электрического поля геометрия канала создает градиент электрических потенциалов — от минимального до максимального в самой узкой части.

Исследователи пропускали через устройство различные штаммы бактериальных клеток, добавляя флуоресцентный маркер, который светится в присутствии ДНК. Если поле успешно открывало поры, маркер проникал внутрь и клетка начинала светиться. По положению светящейся клетки в канале можно было определить величину электрического потенциала, который сработал.

"В одном эксперименте вы можете протестировать диапазон электрических полей и почти мгновенно получить информацию о том, удалось ли успешно открыть поры", — говорит Каллен Буи.

Успешные испытания

Ученым удалось пермеабилизировать штаммы E. coli и Mycobacterium smegmatis (бактерия из того же семейства, что и возбудитель туберкулеза), чьи мембраны notoriously difficult для проникновения.

В экспериментах с ДНК, кодирующей устойчивость к антибиотикам, клетки не только впускали чужеродный материал, но и успешно размножались после процедуры, что подтвердило обратимость процесса и успешное встраивание ДНК.

Значение технологии

"Мы разработали микрофлюидное устройство, которое облегчит генетическую инженерию многих различных типов клеток. Оно внесет вклад в области открытия лекарств, регенеративной медицины, терапии рака и ДНК-вакцинации", — говорит постдок Пауло Гарсия.

Технология может сократить процесс поиска оптимальных условий для электроопорации с месяцев или лет до одного-двух дней.