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

Новое достижение в дрессировке бактерий

Спустя сто лет после того, как у собаки Павлова впервые началось слюноотделение при звуке звонка, ученые утверждают, что аналогичным образом можно «выдрессировать» и одноклеточные организмы, например, бактерии. Отличие заключается в том, что для «запоминания» ассоциаций двух стимулов вместо сложных комплексов нейронов бактерии будут использовать молекулярные механизмы.

В 1945 году канадский нейрофизиолог Дональд Хебб (Donald Hebb) объяснил феномен условного рефлекса и другие варианты ассоциативного обучения тем, что между одновременно генерирующими сигналы нейронами формируется физическая взаимосвязь, усиливающаяся при повторной одновременной активации клеток. В результате при воздействии одного из сигналов нейроны обоих типов начинают генерировать нервные импульсы, причем ассоциации между двумя стимулами становятся тем прочнее, чем чаще они воздействуют одновременно.

У бактерий и других одноклеточных организмов нет нервных клеток и синапсов, однако существует возможность того, что они тоже способны к обучению. В 70-х годах Тодд Хеннесси (Todd Hennessey) экспериментировал с одноклеточными обитателями прудов – инфузориями-туфельками. Он подвергал их действию электрического тока, сопровождающемуся звуком звонка. В результате инфузории начинали уплывать от источника звука даже в отсутствие электрошока. Другим исследователям не удалось воспроизвести эти результаты, и интригующая возможность обучения одноклеточных организмов остается неподтвержденной.

В статье, опубликованной в октябрьском номере Journal of the Royal Society Interface международная группа исследователей из Германии, Голландии и Великобритании предлагает метод «дрессировки» бактерий – но не с помощью выработки у них условных рефлексов, а с использованием генной инженерии. По словам руководителя исследования Кришанты Фернандо (Chrisantha Fernando), этот подход позволяет превращать бактерий в своего рода «часовых» организма, постоянно находящихся в состоянии готовности распознавать признаки опасности и реагировать на них.

Авторы разработали клеточный контур, состоящий из нескольких генов и их промоторов и продуцирующий белки (факторы транскрипции), активирующие и инактивирующие друг друга подобно реле в электрической цепи. Предлагаемый ими теоретический контур состоит из трех функциональных генов. Два из них – А и В – синтезируют белки pA и pB, реагирующие с другими факторами транскрипции – iA и iB – для того, чтобы активировать третий ген – С.

Продукты активности генов pA и pB будут сохраняться в клетке в течение длительного времени и выполнять роль своего рода памяти. Их концентрации эквивалентны количеству синапсов в модели собаки Павлова. Только при взаимодействии с этими молекулами iA и iB могут оказывать присущие им эффекты. Если исследователи спаривают iA и iB, бактерии начинают реагировать на iB, в то время как раньше они реагировали только на iA. Это означает, что бактерии «научились» реагировать на iB.

Специалисты в этой области считают предлагаемый подход концептуально сложным на первый взгляд, но вполне жизнеспособным при ближайшем рассмотрении.

В основе модели лежит допущение, что химико-генетическую цепь можно создать и имплантировать в бактерию, например, в кишечную палочку. По оценкам авторов, индуцируемые в бактерии изменения могут сохраняться в течение 30-минутного жизненного цикла E.coli. Это сделает изменения наследуемыми, что особенно важно для применения «дрессированных» бактерий в медицине.

Авторы планируют «натренировать» бактерии на распознавание в организме химических процессов, ассоциированных с опасностью. Такой «живой индикатор» можно настроить таким образом, чтобы синтез сигнального белка начинался в ответ на появление в организме молекул, характерных для нежелательных эффектов лекарственных препаратов или указывающих на присутствие злокачественных опухолей.

Работа с генетически модифицированными, управляемыми извне бактериями ведется уже не первый год. Возможность создания биодатчиков из «дрессированных» бактерий с помощью генной инженерии должно породить новое направление работы в этой области исследований.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru/ по материалам Technology Rewiev – Teaching Bacteria to Behave 

06.10.2008

Читать статьи по темам:

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

Читать также:

Нанопроволочные сенсоры для непрерывного мониторинга белковых маркеров

Даже если всего с одним из прикрепленных к нанопроволоке антител связывается одна белковая молекула, электропроводность нанопроволоки меняется. Сотни нанопроволок, предназначенных для выявления различных молекул в одном образце, можно размещать на маленьких недорогих чипах.

читать

О развитии нанобиотехнологии

В статье кратко изложены некоторые из актуальных направлений современной нанобиотехнологии: адресная доставка лекарств, диагностика заболеваний, биосовместимые материалы, наноустройства, потенциальные биологические риски при использовании наночастиц и наноматериалов, проблема подготовки кадров для нанобиоиндустрии и биоинженерии.

читать

Трусы-тонометр

Принцип действия трусов-тонометра основан на недавно обнаруженной зависимости между скоростью пульсовой волны и артериальным давлением

читать

О чём «поют» молекулы?

Многие отечественные разработки в области «нанобио» зачастую не только не уступают зарубежным аналогам, но и в чём-то их превосходят. К таким, например, относятся технологии, созданные учёными из лаборатории нанобиотехнологии Института биомедицинской химии РАМН. Одна из их разработок основана на регистрации звуков молекул.

читать

Академия биосенсоров: история успеха только начинается

«Старший инвестор», как называют самого Игоря Яминского и его центр молодые инноваторы, придумал для новой фирмы эффектное название – ООО «Академия биосенсоров».

читать