Создание биологического переключателя с помощью света, генетики и инженерной изобретательности

Исследователи создали "оптостат" — полностью автоматизированную систему, объединяющую три компонента: организм, растущий в культуре клеток, светочувствительный переключатель, встроенный в его геном, и компьютерный микроскоп, фиксирующий продукцию целевого белка.

Как работает система

Система использует светочувствительную часть растительного белка для контроля экспрессии одного гена в пекарских дрожжах. Она позволяет непрерывно записывать изображения флуоресцентного белка, производимого этим геном, до 10 дней, отслеживая реакцию клеток на количество получаемого света. При этом свет контролирует только экспрессию целевого гена, не затрагивая транскрипцию тысяч других генов дрожжей.

Как термостат, оптостат может автоматически регулировать количество света для достижения желаемой концентрации белка. Клетки снабжены всем необходимым для роста в избытке, кроме одного лимитирующего питательного вещества, которое подается контролируемо.

Новизна и потенциал

Это единственная система, способная непрерывно отбирать пробы и наблюдать одну и ту же культуру клеток в течение длительного времени. Это позволяет изучать любой биологический путь, настраивая один параметр и сохраняя постоянными все остальные, включая скорость роста клеток.

Применение в изучении грибковых инфекций

Одно из ключевых направлений применения — изучение Candida albicans, грибка, который в норме безвреден, но при чрезмерном росте вызывает инфекции. Контролируя разные регуляторы роста C. albicans с помощью светочувствительного переключателя, исследователи надеются понять, что заставляет организм переходить из стабильной длинной формы в биопленке в менее стабильную круглую форму, которая может отрываться и попадать в кровоток.

Это знание в будущем может помочь подавлять грибковые инфекции у людей без токсичных побочных эффектов, что особенно актуально в свете растущей устойчивости грибков к ограниченному арсеналу противогрибковых препаратов.