Синтетические клетки осуществляют «дальнюю связь»

Исследователи из Университета Райса разработали транскрипционные цепи, которые позволяют генетически модифицированным микробам формировать сеть локальных взаимодействий для коллективных действий даже в больших сообществах.

Исследование, опубликованное в Nature Chemical Biology, показывает, как модифицированные штаммы Escherichia coli передают сигналы по «коридору», заполненному бактериями, и координируют свои действия. Эта способность может привести к созданию инженерных микробов для лечения состояний микробиома кишечника или взаимодействия с биоэлектроникой.

Как это работает:

• Клетки были модифицированы для экспрессии белков, активирующих петли положительной и отрицательной обратной связи.
• Положительные петли, активирующие сигналы, оказались наиболее эффективными для синхронизации экспрессии генов в пространственно протяженных системах, где клетки не могут общаться напрямую.
• Отрицательная обратная связь необходима для создания и стабилизации колебаний, делая систему более устойчивой к возмущениям среды.

Ключевое открытие:

В новой системе клетки могут общаться только с ближайшими соседями, но, несмотря на это, колебания, генерируемые встроенными цепями, синхронизируются в пространстве и времени почти мгновенно, а не за несколько часов, как ожидалось.

Важный нюанс:

Для эффективной коммуникации исследователям пришлось открыть «двери» вдоль коридора с клетками. Это стабилизировало пространственный состав колонии, предотвратив нестабильность из-за пассивной конкуренции двух разных типов клеток за пространство.

Значение работы:

По мере движения синтетической биологии к созданию более крупных, многоклеточных систем, необходимо контролировать не только процессы внутри отдельной клетки, но и координировать то, что происходит в пространстве и времени во всей популяции. Это исследование выявило ключевые факторы для такой координации.