Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Био/​мол/​текст
  • Vitacoin

Живые биосенсоры

Миллионы людей принимают пробиотики с целью улучшения пищеварения. А что если эти бактерии могли бы обнаружить заболевания кишечника? Новое исследование Института Висса Гарвардского университета и Гарвардской медицинской школы показало эффективный неинвазивный способ диагностики с помощью новых бактериальных биосенсоров, которые могут распознавать и сообщать о наличии различных признаков заболевания в кишечнике.

Суть данной работы заключается в идентификации генетических элементов бактерий, которые реагируют на различные сигналы кишечника.

Gene-Biosensor.jpeg

Когда бактерии E.coli подвергаются воздействию определенного биологического сигнала, пусковой элемент, встроенный в их ДНК, переводит элемент памяти в состояние «включено», позволяя легко идентифицировать потом бактерии, которые «запоминают» наличие сигнала. Источник: Институт Висса.

В основе открытия лежит ранее созданная генетическая схема, состоящая из «элемента памяти», полученного из вируса, и синтетического «триггерного элемента», которые вместе могут обнаруживать и регистрировать наличие определенного стимула – первоначально деактивированной версии антибиотика тетрациклина. Синтетическая цепь была интегрирована в геном кишечной палочки (E.coli). Модифицированные бактерии были введены живым мышам, а затем им давали тетрациклин. Антибиотик заставил триггерный элемент в бактериальном контуре активировать элемент памяти, который «щелкнул», как переключатель, и оставался «включенным» в течение недели, чтобы бактерии «запомнили» присутствие тетрациклина. Сигнал «вкл» затем легко читался путем анализа экскрементов животных.

После этого группа продемонстрировала, что схема может быть настроена для обнаружения и сообщения о тетратионате (естественной молекуле, которая указывает на наличие воспаления) в кишечнике живых мышей на срок до шести месяцев после введения в организм. Таким образом они показали, что система может быть использована для мониторинга сигналов, полезных для диагностики заболеваний кишечника долгосрочной перспективе.

Но тетратионат – это всего лишь одна молекула. Чтобы осуществлять диагностику на основе бактерий, исследователям понадобился способ быстро тестировать различные потенциальные триггерные элементы.

Для этого они изменили генетический контур, вставив ген устойчивости к антибиотику спектиномицину. Ген активируется, когда элемент памяти переходит в «включенное» состояние, позволяя бактериям выживать при воздействии антибиотика. Чтобы проверить обновленную схему для широкого спектра молекулярных сигналов, исследователи создали библиотеку различных штаммов кишечной палочки, каждый из которых содержал элемент памяти и уникальный триггерный элемент в своем геноме. Эту библиотеку штаммов бактерий затем ввели в кишечник живых мышей, чтобы увидеть, были ли какие-либо из триггерных элементов активированы веществами в кишечнике мышей. Культивирование бактерий из экскрементов в среде, содержащей спектиномицин, показало, что количество штаммов выросло, значит, их элементы памяти были включены во время прохождения через пищеварительную систему мышей. Два штамма демонстрировали последовательную активацию, даже когда мыши были в изоляции, то есть они были активированы условиями внутри кишечника и могут использоваться в качестве датчиков специфических для кишечника сигналов.

Исследователи повторили эксперимент, используя меньшую библиотеку штаммов E.coli, триггерными элементами которых были генетические последовательности, предположительно связанные с воспалением. Десять из них активировались во время прохождения через организм мышей, один конкретный штамм проявлял более сильный ответ у мышей с воспалением по сравнению со здоровыми мышами.

Дополнительные функции системы включают возможность записи сигналов, которые происходят в кишечнике либо постоянно, либо временно. Также можно регулировать чувствительность с помощью последовательностей участков связывания синтетических рибосом, встроенных в триггерные элементы, которые могут контролировать скорость, с которой промоторы «включают» память в ответ на сигнал. Эти возможности позволяют проводить тонкую настройку бактериальных биосенсоров для выявления специфических условий в кишечнике в течение длительного промежутка времени.

Авторы пишут, что в состоянии довести технологию до такого уровня, когда пациенту для диагностики заболеваний кишечника достаточно будет принять капсулу с модифицированными бактериями – точно так же, как сейчас миллионы людей принимают капсулы с пробиотиками.

Статья A. Naydich et al. Synthetic Gene Circuits Enable Systems-Level Biosensor Trigger Discovery at the Host-Microbe Interface опубликована в журнале mSystems.

Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Wyss Institute: Take Two E. coli and Call Me in the Morning.


Читать статьи по темам:

синтетическая биология диагностика микрофлора Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

«Лакмусовая бумажка» для диагностики Эболы и не только

Диски из фильтровальной бумаги с нанесенными на поверхность последовательностями нуклеотидов обеспечат быструю и невероятно дешевую диагностику инфекционных заболеваний.

читать

Синтетическая биология по-сибирски

В новосибирском Институте химической биологии и фундаментальной медицины ведутся работы по созданию микрочипового синтезатора ДНК.

читать

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

Синтетическая биология: начало пути

Консорциум по синтетической биологии опубликовал дорожную карту развития отрасли на ближайшие 20 лет.

читать

С правом на переписку

Неизвестно, насколько успешными окажутся проекты по созданию синтетических геномов, но в любом случае они принесут пользу науке и практике.

читать

ДНК-невидимка

Новая методика генетической инженерии делает искусственную ДНК невидимой для защитной системы бактерий.

читать