Биологи создали модульный контроллер для экспрессии генов

Исследователи из двух университетов Техаса разработали биологические компоненты, способные перенастраивать генетические ответные пути, создав шаблон для конструирования новых клеточных функций с широким спектром потенциальных применений.

Доктор Фарук Моркос из UT Dallas и доктор Клемент Чан из UT Tyler создали модульные версии репрессоров — белков, блокирующих генетические инструкции.

В статье, опубликованной в Nucleic Acids Research, они предложили новую стратегию создания живых клеток, способных с помощью репортёрных белков детектировать множественные сигналы. Их работа, имеющая потенциал для медицинской диагностики, относится к междисциплинарной области синтетической биологии.

Цель команды — создать диагностические клетки, которые могли бы находиться в теле пациента и обнаруживать различные симптомы. После исчезновения симптомов эти клетки можно одновременно "выключить" с помощью специального сигнала "сброса", чтобы затем отслеживать возможный рецидив.

Эти "живые диагностикумы" основаны на клеточных механизмах регуляции экспрессии генов. В живых клетках репрессор может присоединиться к промотору (участку начала транскрипции ДНК), блокируя копирование гена. В природе каждый репрессор крайне специфичен.

Исследователи решили эту проблему, сконструировав синтетические репрессорные молекулы, состоящие из отдельных модульных сегментов: для детекции сигнала и для распознавания промотора. Эти сегменты можно разделять и рекомбинировать, меняя целевой промотор, который будет заблокирован.

Чтобы предсказать, какие комбинации сегментов будут работать, команда разработала компьютерную модель. Алгоритм анализирует общие черты родственных белковых сегментов, отточенные эволюцией, и вычисляет показатель совместимости.

Ключевые результаты:

• Точность предсказания работоспособности пары "промотор-сигнальный модуль" составляет 87%.
• Работа ведётся с семейством репрессоров LacI, которое включает более 70 000 вариантов.
• Создаётся библиотека взаимодействий — инструмент для других исследователей.

Вторая фаза исследования продемонстрировала практическое применение: создание клеток-"диагностов" с "переключателем" (toggle switch). При обнаружении целевого параметра (например, высокого уровня глюкозы в крови) система включает экспрессию флуоресцентного репортёрного гена ("зажигает свет").

Система также использует сигнал "главного сброса" (master reset), чтобы выключить все индикаторы и подготовиться к новому измерению. Это похоже на домашнюю систему безопасности, где разные датчики включают свои сигналы, но один код на панели управления отключает всё сразу.