Новая генетическая схема может стать полезным инструментом для синтетических биологов, ищущих способы контроля над бактериями, которые они разрабатывают для выполнения всевозможных задач, включая доставку лекарств, биопродукцию ценных соединений и экологическое зондирование.
[penci_related_posts title=”Вам также может быть интересно” number=”4″ style=”list” align=”none” displayby=”cat” orderby=”random”]
Что нового в стратегии управления кишечной палочкой, которая служит рабочей лошадкой синтетической биологии? Бактериальные клетки в популяции сконструированы таким образом, что они не могут связываться друг с другом посредством химических сигналов если не присутствует одна конкретная внешняя молекула.
Эта работа опубликована в журнале Nature Communications.
«Мы надеемся, что эта система может повысить контроль и безопасность синтетических генетических цепей и следовательно, облегчить их переход к реальным применениям», – сказала Арианна Миано, аспирантка Калифорнийского университета в области биоинженерии и автор статьи в Nature Communications.
Эта работа лаборатории Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавляемой Джеффом Хасти, профессором биоинженерии в школе инженерии Джейкобса и биологии в отделении биологических наук.
Традиционно синтетические биологи используют естественные бактериальные системы связи, известные как кворум, для контроля бактериальных сообществ, которые они используют для таких задач, как целенаправленная доставка лекарств.
Чувство кворума у бактерий основано на производстве, распространении и приеме малых сигнальных молекул между бактериальными клетками в популяции. Большинство этих систем полагаются на внутренние ресурсы каждой клетки для производства сигнальной молекулы.
Одна из проблем систем измерения кворума заключается в том, что их трудно регулировать извне. Для решения этой проблемы исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали «индуцибельную систему измерения кворума». Она предназначена для того, чтобы синтетические биологи могли лучше контролировать бактериальные коммуникационные системы и следовательно, лучше контролировать полезные задачи, выполняемые этими бактериальными сообществами.
Вдохновленные генетической цепью, обнаруженной в фотосинтезирующей бактерии Rhodopseudomonas palustris и впервые описанной в научной литературе в 2008 году, исследователи создали систему чувствительности кворума, которая функционирует только тогда, когда бактерии снабжены растительным соединением, называемым п-кумаровоя кислота. Это соединение содержится в большинстве фруктов и овощей.
«Бактерии координируют свою деятельность по-разному в зависимости от того, сколько р-кумаровой кислоты мы поставляем в средствах массовой информации», – сказал Миано. «Если мы не даем п-кумаровую кислоту, бактерии не могут связываться друг с другом, но когда мы даем им средние концентрации, они могут сигнализировать и обмениваться информацией о размере своей колонии».
«Если мы дадим им слишком много, они перепроизводят сигнальные молекулы, которые заставляют их вести себя так, как будто они всегда являются частью большой популяции», – сказал Миано.
Биоинженеры продемонстрировали свою индуцибельную схему восприятия кворума, которая может контролировать координацию бактериальных клеток во времени и пространстве, совместно экспрессируя ее с геном лизиса.
Выбор демонстрации с помощью гена лизиса основан на предыдущих проектах лаборатории Hasty в Калифорнийском университете в Сан-Диего, включая исследование, демонстрирующее как лизис бактерий можно использовать для доставки лекарств, уничтожающих рак вокруг опухоли.
В новой работе исследователи продемонстрировали, как индуцируемое определение кворума может значительно расширить контроль над этой платформой доставки веществ по сравнению с имеющимися в настоящее время системами определения собственного кворума.
В частности, исследователи использовали низкие и средние концентрации п-кумаровой кислоты, чтобы заставить популяции бактерий с помощью новой индуцибельной схемы измерения кворума и гена лизиса переключаться между отсутствием доставки и устойчивыми колебаниями доставки лекарств.
Используя ген лизиса и традиционную систему обнаружения кворума, лекарство будет доставлено только тогда, когда бактерии достигнут достаточно высокой концентрации.
«Мы оценили потенциал этой коммуникационной системы и ожидаем дальнейших разработок, связанных с экспрессией различных генов», – сказал Миано.
Исследователи также продемонстрировали, что воздействие высоких концентраций п-кумаровой кислоты на бактерии уничтожает все клетки, заставляя их постоянно продуцировать белки лизиса, независимо от размера популяции.
Источник:
Университет Калифорнии – Сан-Диего
Фото: Adobe Stock