Команда представляет двухканальный генератор биологических функций

Биоинженеры из Университета Райса, специализирующиеся на создании инструментов для синтетической биологии, представили новую версию своей оптогенетической платформы — «биогенератора функций» и «биоосциллографа». Эта система использует свет для одновременной активации и изучения двух биологических цепей.

Суть технологии

Биогенератор и биоосциллограф — это набор генов и аппаратного обеспечения, который с помощью цветного света и модифицированных бактерий привносит математическую предсказуемость и простоту «копирования-вставки» в дизайн генетических цепей.

Проблема и решение

Все биологические световые сенсоры «неточны», так как реагируют на несколько цветов света одновременно. Команда разработала детальную математическую модель, чтобы учесть эту неточность и создать световые сигналы, которые её компенсируют. Это позволяет независимо управлять двумя световыми сенсорами в одной клетке.

Как это работает

• Биогенератор функций — это набор светоактивируемых генов, которые можно использовать для включения/выключения генов и регулирования количества производимого ими белка.
• Биоосциллограф — это набор генов, добавляющих флуоресцентные метки к ДНК для считывания отклика цепи. Чем больше белка произведено, тем больше света испускает образец.
• Вход и выход для биоцепей — это свет. Система отображает выходные данные биоцепей так же, как осциллограф отображает электрические сигналы.

Новое исследование

В статье, опубликованной в Molecular Systems Biology, аспирант Эван Олсон и коллеги протестировали новые двухфункциональные инструменты, используя последние оптогенетические аппаратные и программные средства, а также новую математическую модель для прогнозирования выхода биогенератора.

Демонстрация возможностей

Исследователи провели два эксперимента:

1. Показали, что система может компенсировать «пертурбационные» сигналы — посторонний свет (например, от микроскопа), который может мешать оптогенетическому сигналу.
2. Продемонстрировали мультиплексирование, одновременно управляя двумя независимыми сигналами экспрессии генов в двух оптогенетических цепях в одной бактерии. На биоосциллографе выходные данные отображались в виде красной и зелёной линий. Цепи могли производить плавные волны и ступенчатые паттерны, а также включаться одновременно или в разное время.

Значение

Этот подход открывает путь к новому поколению экспериментов по характеристике и контролю биологических цепей, которые интегрируют несколько сигналов. Такие цепи повсеместно распространены в биологических сетях, особенно тех, что используются для принятия решений и процессов развития.