Бактерий поставили на счётчик
Бактерии научились считать
Дмитрий Сафин, «Компьюлента»
Группа специалистов из США создала искусственные генные сети, которые позволяют бактериям отсчитывать дискретные события.
Генной сетью принято называть совокупность согласованно экспрессирующихся генов, их белковых продуктов и взаимосвязей между ними. Ученые экспериментировали с колониями кишечных палочек (Escherichia coli) и разработали две подобных структуры, которые в естественных условиях у этого микроорганизма не встречаются.
Первая генная сеть, названная «риборегулируемым транскрипционным каскадом» (Riboregulated Transcriptional Cascade, RTC), ведет подсчет, останавливая и запуская процессы транскрипции и трансляции группы генов при наступлении определенного события. Исследователи настроили систему таким образом, что после третьей приостановки процессов сеть транслирует и транскрибирует ген, кодирующий флуоресцентный белок, свечение которого регистрируется в эксперименте.
Вторая конфигурация сети, получившая наименование «каскад на основе ДНК-инвертазы» (DNA Invertase Cascade, DIC; ДНК-инвертазами называют особый класс ферментов, катализирующих инвертирование сегментов ДНК), функционирует по другому принципу. При наступлении события первый ген цепочки вырабатывает протеин, который «вырывает» этот самый ген из сети, «переворачивает» его и вставляет обратно. В таком положении ген уже не может быть транскрибирован, однако дополнительный фрагмент ДНК, присоединенный к нему, служит «маркером», указывающим на то, что процесс можно продолжать, начиная со следующего гена. Каждый подобный переворот отмечает событие, и после третьего отсчета аналогичным образом активируется флуоресцентный белок.
У каждой сети есть свои преимущества. RTC может обеспечить сравнительно высокую скорость счета (наилучшие результаты она демонстрирует в том случае, если интервал между событиями составляет 20–30 минут). DIC требуется больше времени на манипулирование генами, а потому для нее идеальны продолжительные события с большими интервалами между ними (таким образом микроорганизм может вести подсчет дней, ориентируясь по смене освещенности).
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. «Получается своего рода предохранительный механизм, — объясняет один из авторов исследования Джеймс Коллинз (James J. Collins) из Бостонского университета. — Если вы решили выпустить микроорганизм в окружающую среду, намереваясь использовать его как биосенсор, или ввести нечто подобное в тело пациента для доставки лекарственного препарата, вас наверняка заинтересует возможность уничтожения этого микроорганизма после того, как он выполнит свою работу».
Оба метода, как отмечают авторы, весьма перспективны в плане модернизации и улучшения. Наиболее тривиальной модификацией, очевидно, станет увеличение емкости счетчика, однако можно провести и множество других изменений. К примеру, можно расширить число генов, кодирующих флуоресцентные белки, и добиться того, что разные состояния счетчика будут отмечаться разными оттенками свечения.
Полная версия отчета опубликована в журнале Science.
Подготовлено по материалам Бостонского университета.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru/
01.06.2009