Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • medtech
  • ММИФ-2018
  • Vitacoin

Бактериальные часы – усовершенствованная версия

Ученые филиалов университета Калифорнии в Сан-Диего, работающие под руководством Джеффа Хейсти (Jeff Hasty), создали живой часовой механизм – биологический осциллятор, представляющий собой колонию генетически модифицированных бактерий, которые, благодаря простейшей генетической схеме, в течение 50-100 минут испускают ритмичные синхронизированные импульсы флуоресцентного излучения.

По сути, разработка представляет собой первый синхронизированный генетический осциллятор, создание которого является очень важным достижением синтетической биологии. В будущем на основе такого осциллятора можно будет создавать биосенсоры для выявления различных токсинов и системы для дозированного введения препаратов.

Осцилляторы являются важнейшим механизмом биологического мира, определяющим многочисленные цикличные процессы, начиная от сердцебиения и мозговых волн и заканчивая циркадными ритмами. Они также являются важными контрольными механизмами электронных схем. Уже более 10 лет назад биологи разработали первую искусственную версию биологического осциллятора, получившую название «репрессилятор». (2000 год, в котором были созданы репрессилятор и первый генетический переключатель, считается годом рождения синтетической биологии.) Однако первым осцилляторам не хватало точности: отсчитываемый ими ритм быстро нарушался, а частоту и амплитуду колебаний было невозможно контролировать.

В 2008 году Джефф Хейсти и его коллеги создали следующий, более надежный осциллятор, который настраивался с помощью изменения температуры среды культивирования бактерий, концентрации содержащихся в среде питательных веществ и специфических химических агентов. Однако такие осцилляторы были представлены индивидуальными клетками, так как бактерии не хотели работать синхронно. В своей новой работе, результаты которой опубликованы в журнале Nature от 21 января в статье «A synchronized quorum of genetic clocks», авторы усовершенствовали свою разработку, заставив бактерии работать в унисон за счет молекулярного механизма, используемого многими микроорганизмами для общения друг с другом.

Новый осциллятор функционирует за счет комплекса двух генов, обеспечивающих одновременно положительную и отрицательную петлю обратной связи. Этот комплекс активируется сигнальным соединением, которое одновременно запускает свой собственный синтез и синтез обеспечивающего свечение зеленого флуоресцентного протеина. Выходящие из клетки сигнальные молекулы запускают описанный механизм в других бактериях колонии.

Активация этого механизма запускает также синтез белка, разрушающего сигнальное соединение, обеспечивая тем самым отложенную во времени остановку цикла. Динамические взаимодействия различных компонентов механизма внутри клетки и между соседними клетками обеспечивают регулярно повторяющиеся выбросы сигнального соединения и флуоресцентного белка, что внешне проявляется вспышками и затуханием свечения. По словам Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger), биоинженера из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, это практически то же самое, что обеспечить синхронную работу светофоров всего мира.


Отдельные кадры дают весьма приблизительное представление о работе бактериальных часов,
а вот видео целиком – очень впечатляет, посмотрИте.

Авторы выращивают бактериальные колонии в микрожидкостных чипах собственного производства, позволяющих изменять условия культивирования. Так, например, изменение скорости поступления питательных веществ внутрь чипа меняет период осцилляции.

Синхронизацию активности целой популяции микроорганизмов можно использовать в широком спектре технологий, начиная от биомедицины и заканчивая биоэнергетикой. Например, бактериальные осцилляторы можно применять для выявления токсичных веществ: частота флуоресцентных импульсов будет пропорциональна концентрации токсина в окружающей среде. Еще одним перспективным направлением использования является введение в организм различных препаратов, таких как инсулин, действие которых наиболее эффективно при введении через определенные интервалы времени. В этом случае за дозировку препарата будет отвечать мощность или амплитуда осцилляции, а за интервалы между введениями – частота.

В настоящее время исследователи наблюдают пульсирующее свечение бактериальных колоний в микроскоп, однако они уже работают над созданием версии осциллятора, свечение которого будет видно невооруженным глазом. Они также пытаются увеличить продолжительность периода синхронной активности бактерий. В будущем они планируют комбинировать свои подходы с подходами, применяемыми при разработке более ранних версий генетических осцилляторов, и перенести всю технологию на другие типы клеток, более подходящие для различных направлений биотехнологии.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам TechnologyReview: A Synchronous Clock Made of Bacteria.

22.01.2010

Читать статьи по темам:

генетически модифицированные микроорганизмы синтетическая биология Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Радуга в горшке

Скаталог является наглядной демонстрацией возможностей синтетической биологии: Esherihia chromi генетически модифицированная кишечная палочка меняет цвет в зависимости от количества содержащегося в среде токсина.

читать

Бактерий поставили на счётчик

По словам исследователей, счетчик можно связать с любыми внешними событиями, влияние которых бактерия способна ощутить (к примеру, она исправно реагирует на присутствие определенных токсинов), а также с изменениями внутреннего состояния микроорганизма. Бактерию можно будет заставить «самоликвидироваться» после завершения некоторого числа клеточных делений либо по прошествии заданного времени.

читать

Часы из генетически модифицированных бактерий

Учёные из университета Калифорнии в Сан-Диего первыми в мире создали программируемые на генетическом уровне биологические часы. Время они отсчитывают весьма необычным способом: через определённые интервалы значительно повышается светимость флуоресцентных белков внутри клеток бактерий Escherichia coli.

читать

Суперкомпьютер в чашке Петри

Ученые из Университета Миссури и Колледжа Дэвидсона в США под руководством Кармеллы Хейнз продемонстрировали принципиальную возможность организации биологических вычислительных систем in vivo (в живом организме).

читать

Хищники и жертвы в чашке Петри

Ученые переписали «программное обеспечение» кишечной палочки (Escherichia coli) таким образом, что две разных бактериальных популяции сформировали в лабораторных условиях типичную систему взаимодействий хищник-жертва.

читать