събота, февруари 06, 2010

Генно инженирана бактерия, която отчита времето


Избухване на супернова в колония от двойки генетични часовници мигащи в синхрон.(Credit: UCSD)

ScienceDaily (Jan. 24, 2010) — Изследователи в Университета в Калифорния Сан Диего, които миналата година геннно инженираха бактерия, която да отчита времето чрез включването и изключването на флуоросцентни протеини в клетките си, сега са направили още една стъпка към конструирането на прорамируем генетичен сензор. Учените наскоро синхронизирали тези бактериални „генетични часовници” да мигат в унисон и са инженирали бактериални гени, които да променят техните мигащи честоти при промяна на условията в околната среда.

Тяхното последно постижение, детайлизирано в доклад публикуван в броя от 21 Януари на списанието Нейчър, е важна стъпка към създаването на генетични сензори, които в бъдеще могат да предоставят на хората напреднала информация относно температурата, отровите и други потенциални опасни за живота вещества в околната среда чрез мониторинг на промените в честотите на мигане на бактериите.

"Програмирането на живите клетки е една от очертаващите се цели в новото поле на синтетичната биология,” каза Джеф Хейсти, доцент по биология и био-инжениране в UCSD, водещ изследователската група заедно с Лев Цимринг, директор-сътрудник на Института BioCircuits към UCSD.

"Др. Хейсти и колегите са използвали мощни генетични инструменти, подкрепени от десетилетия от детайлно знание касаещо бактериалните процеси, за да създадат система, която изпълнява обещанието на синтетичната биология – да се инженират живи организми, които да посрещнат натиска от социалните нужди,” каза Джеймс Андерсън, който наблюдава отпуснатите суми за изчислителна биология в Националния институт за Общи Медицински Науки на NIH. "Осцилиращата система, която те са инженирали поставя базата за развитие на високо-чувствителни сензори, които могат да имат многобройни приложения в базовите изследвания, биотехнологията и медицината."

"Синхронизирането на часовници и осцилатори в общи линии е бил омайваща тема за физите и приложните математици от векове," казва Цимринг. „Това е започнало с холандския математик и астроном Кристиан Хюйгенс, който е познат със случайното си откритие през 1665г, когато провесил двойка почти идентични часовника с махало (коиото изобретил и патентовал 8 години по-късно) на една и съща дървена дъска.”

"Синхронизацията играе важна роля във физиката и биологията, като начин за само-организиране на крайно регулярно поведение. Феноменът има многобройни приложения в модерната технология, от комуникационните мрежи до GPS. Нашето изследване демонстрира, до колко е присъщо на шумните генни осцилатори да оперират заедно с красива синхроничност и регулярност, веднъж съчетани по специфичен начин."

През последното десетилетие, изследователите са минали пътя от През последните десет години изследователите са преминали от окабеляване генетични превключватели и осцилатори в живите клетки, до изграждане на живи вериги, способни на генерирането ( производството) на модел, шумово оформяне, откриване на гранични линии и преброяване събития. В последната им разработка, изследователите от UCSD са напреднали в един тип бактериална комуникация, в който бактериите обменят малки молекули.

"Знае се, че много видове бактерии комуникират, чрез механизъм познат като quorum sensing, което означава, че разчитат на това малки молекули между тях да породят (тригърнат) различни поведения,” казва Хейсти. „Други бактерии пък могат да прекъснат този комуникационен механизъм чрез деградирането на тези предавателни молекули.”

Вземайки тези комуникационни елементи от различни механизми, Хейсти и неговата група от изследователи – включващи дипломираните студенти по биоинженеринг от UCSD, Тал Данино и Октавио Мондрагон – са разработили и конструирали мрежа в генетичния бактериален модел E. coli с позитивни и негативни фийдбек компоненти за да продуцират колония от синхронизирани часовници.

Хейсти каза, че архитектурата на подобна серия/верига е подобна на предишния генетичен часовник, който е разработка на неговата група. (see: here), но с quorum sensing компоненти позволяващи фазовата информация – тоест, осцилациите между бактериалните клетки – да бъде препредавана.

Изследователите са конструирали устройства за да контролират прецизно размера на бактериалните колонии между две различни скали: микрон, или милионна от милиметъра, и милиметър, или една хилядна от метъра. На микронно ниво, Хейсти казва, че клетките в колониите осцилират синхронно от 50 до 90 минути, период който може да се настрои с точност. Но при по дълги, или милиметрови скали, той отбеляза, че времето за дифузия на сигнала става по-важно, позволявайки на изследователите действително да наблюдават разпространението на сигнала през колонията.

"Използването на quorum sensing е обещаващ подход за усилване на чувствителността и здравината на динамичния отговор към външни сигнали," каза Хейсти. "В природата, синхронизацията обикновено подпомага за стабилизиране на желаното поведение произтичащо от мрежа от вътрешно шумни и нестабилни елементи. Ние мислим, че синхронизираните генетични часовници поставят етапа за използване на микроби като макроскопични биосензори с осцилиращ резултат, или приложения използващи синхронизиран периодичен сигнал при доставката на лекарства.”

Учените са получили спонсориране от Националния Институт за Общи Медицински Науки, който е част от Насионалния Институт за Здраве.

Източник: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/01/100120131157.htm

Няма коментари:

Публикуване на коментар