Введение синтетических функций в живые организмы без генетической модификации
Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, демонстрирует, что поведение бактерий Escherichia coli (E. coli) можно контролировать без генетической модификации. Учёные создали искусственные клетки, которые действуют как «переводчики» химических сигналов.
Как это работает
Исследователи сконструировали искусственные клетки, содержащие:
- Везикулу с молекулой IPTG (изопропил-β-D-1-тиогалактопиранозид), которую E. coli может «чувствовать».
- ДНК, кодирующую рибопереключатель, реагирующий на внешний стимул — теофиллин (содержится в какао-бобах).
Механизм:
- Рибопереключатель в искусственной клетке обнаруживает теофиллин.
- Активируется процесс трансляции, открывается пора в клетке.
- Высвобождается молекула IPTG.
- E. coli реагирует на IPTG, начиная флуоресцировать зелёным светом (что легко наблюдать).
Таким образом, искусственные клетки «расширяют чувства» бактерий, позволяя им косвенно реагировать на молекулы, которые они сами ощутить не могут.
Значение и потенциальные применения
По словам соавтора Шерефа Манси, работа показывает, что у синтетической биологии есть альтернативные пути, не зависящие только от генной инженерии. Искусственные клетки могут обойти некоторые аспекты, вызывающие опасения при работе с живыми технологиями.
Потенциальные применения:
- Экология: Поиск и очистка загрязнителей. Искусственные клетки могли бы чувствовать загрязняющие молекулы и выделять хемоаттрактанты, привлекающие природные бактерии, способные их поглотить.
- Медицина: Борьба с опухолями и бактериальными инфекциями. Например, искусственные клетки могли бы обнаруживать специфические биоплёнки в лёгких пациентов с муковисцидозом и высвобождать молекулы для их разрушения, заменяя генетически модифицированные бактерии.
- Пищевые добавки: Замена сконструированных пробиотиков на искусственные клетки, которые взаимодействуют с микробиотой кишечника для профилактики заболеваний.
Ограничения и будущие задачи
Для реализации этих приложений искусственные клетки требуют доработки:
- Вариабельность: Существует изменчивость активности от партии к партии.
- Стабильность: Необходимо повысить защиту мембран искусственных клеток от деградации, чтобы предотвратить неконтролируемое высвобождение молекул.
- Прочность: Клетки пока слишком хрупкие для работы внутри животных или в окружающей среде.
Будущая работа может включать объединение немодифицированных и генетически модифицированных компонентов для создания специфических клеточных функций.