Исследователи синхронизировали мигание; генетические часы; — генетически модифицированные бактерии

Экспериментаторы синхронизируют мигание «генетических часов» — генетически модифицированных бактерий.

экспериментаторы из Калифорнийского университета в Сан-Диего, которые в минувшем году генетически модифицировали бактерии, которые отслеживают время путем выключения и включения флуоресцентных белков внутри собственных клеток, выполнили очередной шаг к созданию программируемых генетических датчиков. Ученые не так давно синхронизировали эти бактериальные «генетические часы», чтобы они идеально мигали, и модифицировали бактериальные гены, чтобы поменять частоту их мигания при изменении условий внешней среды..

Их последний успех, детально описанный в статье, опубликованной 21 января в номере журнала. Природа, считается важным шагом в создании генетических датчиков, которые как то готовы предоставить людям предварительную информацию о температуре, токсинах и прочих потенциальных опасностях для внешней среды, отслеживая изменения в скорости мигания бактерий..

«Программирование живых клеток — одна из заданных целей новой области искусственной биологии», — сказал Джефф Хэсти, доктор биологических наук и биотехнологии в UCSD, который возглавлял исследовательскую группу с Львом Цимрингом, заместителем директора UCSD BioCircuits Institute..

«Врач Хэсти и его коллеги применяли мощные генетические инструменты, подкрепленные десятками лет подробного понимания бактериального процесса, чтобы создать систему, которая делает обязательство искусственной биологии — модифицирует живые организмы для удовлетворения насущных потребностей общества », — сказал Джеймс Андерсон, курирующий гранты на компьютерную биологию в Национальном институте. общих медицинских наук. «Колебательная система, которую они спроектировали, создаёт основу для разработки высокочувствительных датчиков, которые могут найти много использований в фундаментальных исследованиях, биотехнологиях и медицине».

«Юстировка часов и осцилляторов в общем была увлекательной темой для физиков и прикладных математиков на протяжении веков», — сказал Цимринг. «Это настало с голландского математика и астронома Кристиана Гюйгенса, которому приписывают открытие счастливой случайности в 1665 году, когда он остановил пару практически похожих маятниковых часов (которые он изобрел и запатентовал приблизительно 8 лет тому назад) на одной древесной балке».

«Выравнивание играет важную роль в области физики и биологии как способ самоорганизации очень постоянного поведения с менее совершенными элементами. Явление это имеет очень много использований в сегодняшних технологиях, от сетей связи до GPS. Наше исследование показывает, как с самого начала зашумленные генераторы генов как правило будут работать в связке с красивой синхронностью и периодичностью, если они соединены некоторым образом ».

За последние десять лет экспериментаторы перешли от подсоединения генетических переключателей и генераторов в живых клетках к созданию живых цепей, способных генерить генерацию, формировать шум, обнаруживать границы и подсчитывать события. В собственном последнем открытии экспериментаторы UCSD применяли вид бактериальной коммуникации, при котором бактерии обмениваются маленькими молекулами..

«Известно, что некоторые разновидности бактерий взаимодействуют при помощи механизма, известного как проверка кворума, другими словами передача пакетов между ними небольшим молекулам, чтобы активизировать различное поведение », — сказал Хэсти. «Известно, что иные бактерии вмешиваются в механизм коммуникации, разрушая эти переносящие молекулы».

Взяв эти коммуникативные детали у различных организмов, Хэсти и его группа экспериментаторов, в которую вошли аспиранты биоинженерии UCSD Тал Данино и Октавия Мондрагон, разработали и построили сеть в генетической модели E. coli с положительной и отрицательной обратной связью, чтобы произвести колонии синхронизированных часы.

Хэсти сказал, что архитектура сборки похожа на предыдущие генетические часы его команды, но с элементом распознавания кворума, дающим возможность обмениваться информацией, другими словами колебаниями между бактериальными клетками..

Экспериментаторы разработали приспособления для точного контроля размера бактериальных колоний в 2-ух различных масштабах: микрон, или одна миллионная метра, и миллиметр, или одна тысячная метра. В микронном масштабе, по словам Хэсти, клетки в колониях синхронно колеблются в течение от 50 до 90 минут — период, который можно настраивать снаружи. Но в намного длинном или миллиметровом масштабе, как он указал, время распространения сигнала становится еще более важным, что дает возможность экспериментаторам практически наблюдать передачу сигнала через колонию..

«Применение кворума — многообещающий подход к повышению чувствительности и стойкости динамической реакции на наружные сигналы», — сказал Хэсти. «В природе синхронизация в большинстве случаев помогает стабилизовать желаемое поведение, возникающее в результате сети, которая состоит из ненадежных элементов, за которые проголосовали с самого начала. Мы считаем, что синхронизированные генетические часы делают основу для применения микробов в качестве макроскопических биосенсоров с осциллирующим выходом или использования синхронизированного периодического сигнала при транспортировке лекарственных средств. ”

Ученые получили финансирование на собственные разработки от Национального института общих медицинских наук, который входит в состав Национальных институтов здравоохранения..

По материалам Источник

Похожие записи