Синтетические биосенсоры для эукариотических клеток: обнаружение молекул и биопроизводство
Исследователи из Института Висса и Гарвардской медицинской школы под руководством Джорджа Чёрча разработали новый метод создания широкого спектра биосенсоров на основе живых эукариотических клеток (дрожжей, растений, млекопитающих) для обнаружения практически любой заданной малой молекулы. Результаты опубликованы в журнале eLife.
Принцип работы метода
Метод основан на использовании настраиваемых лиганд-связывающих доменов (LBD), которые выступают в роли рецепторов для конкретных молекул-мишеней, таких как гормон прогестерон или лекарство дигоксин. К LBD присоединён сигнальный компонент, который может быть запрограммирован на:
Биосенсор (связывающий домен + сигнальный компонент) деградирует и исчезает, если целевая молекула не обнаружена.
Демонстрация в растениях
Команда создала многоклеточные ботанические биосенсоры на основе растения Arabidopsis. Растения были сконструированы для распознавания дигоксина и излучения света при его обнаружении.
- В присутствии дигоксина наблюдалось 50-кратное увеличение люминесценции, что легко визуализируется.
- Это открывает возможности для создания деревьев или растений, которые могут обнаруживать вредные загрязнители окружающей среды и сигнализировать об этом видимым свечением.
Применения в других организмах
Метод также продемонстрировал эффективность в дрожжах и клетках млекопитающих, что открывает перспективы для:
- Промышленного биопроизводства: Биосенсоры, связанные с регуляторами генов, могут повышать выход целевых молекул. Например, дрожжи можно запрограммировать на производство нужного соединения (например, прогестерона) и на самоидентификацию наиболее эффективных особей в популяции. Это позволяет быстро эволюционировать популяции для несколькократного повышения выхода продукта.
- Медицины: Метод использован для точной регуляции системы редактирования генома CRISPR-Cas9 в живых человеческих клетках. Это важный шаг к предотвращению непреднамеренных изменений генома во время генной терапии.
Значение работы
Разработанная методика является высоконастраиваемой и переносимой для различных организмов. Она открывает новую область, где обычные организмы превращаются в живые клеточные устройства, способные обнаруживать специфические сигналы и производить соответствующие ответы — от усиленного производства биотоплива до секреции терапевтических агентов при воспалении или инфекции.