Ученые превратили группу микробов в то, что они назвали «самым маленьким в мире магнитофоном»: возиться с генами обычного лабораторного штаммакишечная палочка бактерии, Исследователи говорят, что им удалось убедить бактерии не только регистрировать их взаимодействие с окружающей средой, но и отмечать время этих событий.
Эти крошечные «магнитофоны», подробно описанные в новом исследовании, опубликованном 23 ноября в журнале «Наука», могут помочь в создании нового класса технологий, которые используют бактериальные клетки для диагностики заболеваний или отслеживания изменений в окружающей среде, причем все это не нарушает окружающую среду. ,
«Такие бактерии, проглоченные пациентом, могли бы регистрировать изменения, которые они испытывают во всем пищеварительном тракте, что дает беспрецедентное представление о ранее недоступных явлениях», - пишет старший исследователь Харрис Ван, доцент кафедры системной биологии в Медицинский центр Колумбийского университета, говорится в сообщении.
Технологией магнитофонов является популярный инструмент для редактирования генов, CRISPR. Инструмент, который позволяет ученым по сути вырезать последовательности ДНК и заменять их определенным генетическим материалом, был первоначально обнаружен у бактерий. CRISPR является частью иммунной системы некоторых бактерий - он может копировать фрагменты ДНК из инвазивных вирусов, чтобы будущие поколения бактерий могли распознавать и отражать последующие атаки.
«Система является естественным устройством биологической памяти», - сказал Ван. «С инженерной точки зрения это на самом деле довольно хорошо, потому что это уже система, отточенная в ходе эволюции, чтобы действительно хорошо хранить информацию».
Микроскопический регистратор команды состоит из пары несущих ген структур, известных как плазмиды. Первая, «синхронизирующая» плазмида, метит время, экспрессируя определенные молекулы ДНК, называемые нуклеотидами, в области CRISPR ДНК бактерии. Другая плазмида модифицирована для создания большего количества копий самой себя, но только в ответ на внешний сигнал. Результатом является пэчворк фоновых последовательностей, которые записывают время и сигнальные последовательности, которые вставляются в ответ на изменения в среде ячейки.
Если это кажется сложным, подумайте об этом так: временная плазмида печатает букву «А» через разнесенные промежутки времени. Если не будет «внешнего сигнала», ученые увидят только эту строку А. Но если вторая плазмида будет включена внешним сигналом, она вставит свой штамп в строку А. На основании того, где в этой строке обнаружена вторая печать плазмиды, ученые могут определить, когда произошел внешний сигнал. Подобно полосам данных на магнитной ленте, ученые могут анализировать это дальше с помощью вычислительных инструментов.
В новом исследовании исследователи показали, что система может записывать как минимум три одновременных сигнала в течение нескольких дней. Следующим шагом является сужение целей.
«Теперь мы планируем рассмотреть различные маркеры, которые могут изменяться при изменениях естественных или болезненных состояний, в желудочно-кишечной системе или где-либо еще», - сказал Ван.
