Биомедицинские инженеры научили бактерии считать
Биомедицинские инженеры из Бостонского университета создали синтетические генетические сети, которые позволяют бактериям E. coli подсчитывать дискретные события. Исследование, опубликованное в журнале Science, открывает путь к созданию биологических устройств для контролируемой доставки лекарств и обнаружения опасностей в окружающей среде.
Два подхода к счету
Команда профессора Джеймса Дж. Коллинза разработала два разных метода, не встречающихся в природе:
- Риборегулируемая транскрипционная каскадная сеть (RTC): Считает, запуская и останавливая процесс транскрипции и трансляции (выполнения инструкций генов) при каждом событии. После третьего прерывания система активирует ген флуоресцентного белка, который становится видимым для исследователей.
- Каскадная сеть на основе ДНК-инвертазы (DIC): Работает иначе: при первом событии ген производит белок, который "вырезает" собственный ген, переворачивает его и вставляет обратно. Перевернутый ген больше не может транскрибироваться. Каждое последующее переворачивание отсчитывает новое событие, а флуоресцентный белок активируется после третьего.
Потенциальные применения
Ключевое применение таких счетчиков — создание механизмов безопасности для синтетических организмов. Например, бактерии, выпущенные в окружающую среду в качестве биосенсора или в организм для доставки терапевтического средства, можно запрограммировать на самоуничтожение после заданного числа событий (например, делений клеток) или по истечении определенного времени.
Характеристики систем
- RTC работает быстрее и оптимальна для событий, происходящих с интервалом 20–30 минут.
- DIC выполняется дольше и лучше подходит для подсчета событий с длительными промежутками между ними, например, для подсчета дней по смене света и темноты.
Исследователи подчеркивают, что эти генетические компоненты можно перестраивать: увеличивать максимальный счет, привязывать счет к различным внешним или внутренним сигналам или добавлять гены разных флуоресцентных белков для визуализации промежуточных результатов.