Вчені перетворили купу мікробів у те, що вони назвали "найменшим магнітофоном у світі:" Повозившись із генами звичайного лабораторного штамуКишкова паличка бактерії, Дослідники стверджують, що їм вдалося примусити бактерій не лише зафіксувати свою взаємодію з навколишнім середовищем, а й позначити час цих явищ.
Ці крихітні "магнітофони", які були детально описані в новому дослідженні, опублікованому 23 листопада в журналі Science, - можуть допомогти в основі нового класу технологій, які використовують бактеріальні клітини для діагностики захворювань або моніторингу змін у навколишньому середовищі, не порушуючи їх оточення. .
"Такі бактерії, проковтнуті пацієнтом, можуть записувати зміни, які вони зазнають у всьому травному тракті, даючи безпрецедентний вигляд раніше недоступних явищ", - старший автор дослідження Гарріс Ван, доцент кафедри біології систем в Про це йдеться у медичному центрі університету Колумбії.
Технологія, що стоїть за магнітофонами - це популярний інструмент редагування генів, CRISPR. Інструмент, який дозволяє вченим по суті відрізати послідовності ДНК та замінити її конкретним генетичним матеріалом, спочатку був виявлений у бактерій. CRISPR є частиною імунної системи певних бактерій - він може копіювати фрагменти ДНК від вірусів, що вторглись, щоб майбутні покоління бактерій могли розпізнати та відбити наступні атаки.
"Система є природним пристроєм біологічної пам'яті", - сказав Ван. "З точки зору інженерії, це насправді дуже приємно, адже це вже система, яка була відточена через еволюцію, і справді чудова для зберігання інформації".
Мікроскопічний рекордер команди складається з пари структур, несучих гени, відомих як плазміди. Перша, "тимчасова" плазміда, відзначає час, експресуючи певні молекули ДНК, звані нуклеотидами, в області CRISPR ДНК бактерії. Інша плазміда модифікована для створення більшої кількості копій самої себе, але лише у відповідь на зовнішній сигнал. Результат - це клаптики фонових послідовностей, які записують часові та сигнальні послідовності, які вставляються у відповідь на зміни в середовищі клітини.
Якщо це звучить складно, подумайте про це так: Плазміда хронометражу друкує "A" через проміжки часу. Якщо немає "зовнішнього сигналу", вчені бачили б лише цей рядок "А". Але якщо друга плазміда буде включена зовнішнім сигналом, вона вставить свій штемпель у рядок A. Виходячи з того, де в цій рядку з'являється друк другої плазміди, вчені можуть вивести, коли відбувся зовнішній сигнал. Як і смуги даних на магнітній стрічці, вчені можуть далі проаналізувати це за допомогою обчислювальних інструментів.
У новому дослідженні дослідники показали, що система може записувати щонайменше три одночасних сигналу протягом декількох днів. Наступний крок - звуження цілей.
"Зараз ми плануємо розглянути різні маркери, які можуть бути змінені при змінах природних або хворобливих станів, в шлунково-кишковій системі або в інших місцях", - сказав Ван.
