Naukowcy przekształcili kilka drobnoustrojów w coś, co nazwali „najmniejszym magnetofonem na świecie:” Majstrując przy genach zwykłego szczepu laboratoryjnegoEscherichia coli bakteria, naukowcy twierdzą, że byli w stanie nakłonić bakterie do nie tylko rejestrowania interakcji z otoczeniem, ale także oznaczania czasu tymi zdarzeniami.
Te małe „magnetofony” - które zostały szczegółowo opisane w nowym badaniu opublikowanym 23 listopada w czasopiśmie Science - mogą pomóc w stworzeniu podstaw dla nowej klasy technologii, które wykorzystują komórki bakteryjne do diagnozowania chorób lub monitorowania zmian w środowisku, bez naruszania otoczenia. .
„Takie bakterie, połknięte przez pacjenta, mogą być w stanie zarejestrować zmiany, których doświadczają w całym przewodzie pokarmowym, dając niespotykany wgląd w wcześniej niedostępne zjawiska”, starszy autor badań Harris Wang, adiunkt w dziale biologii systemów w Columbia University Medical Center, powiedział w oświadczeniu.
Technologia stojąca za magnetofonami to popularne narzędzie do edycji genów, CRISPR. Narzędzie, które pozwala naukowcom zasadniczo wycinać sekwencje DNA i zastępować je określonym materiałem genetycznym, zostało pierwotnie odkryte u bakterii. CRISPR jest częścią układu odpornościowego niektórych bakterii - może kopiować fragmenty DNA z atakujących wirusów, aby przyszłe generacje bakterii mogły rozpoznawać i odrzucać kolejne ataki.
„System jest naturalnym urządzeniem pamięci biologicznej” - powiedział Wang. „Z punktu widzenia inżynierii jest to całkiem fajne, ponieważ jest to już system, który został dopracowany przez ewolucję, aby naprawdę świetnie przechowywać informacje”.
Mikroskopowy rejestrator zespołu składa się z pary struktur przenoszących gen zwanych plazmidami. Pierwszy, plazmid „czasowy”, oznacza czas, wyrażając pewne cząsteczki DNA, zwane nukleotydami, w regionie CRISPR DNA bakterii. Drugi plazmid jest modyfikowany, aby utworzyć więcej kopii samego siebie, ale tylko w odpowiedzi na sygnał zewnętrzny. W rezultacie powstaje mozaika sekwencji tła, które rejestrują czas i sekwencje sygnałowe, które są wstawiane w odpowiedzi na zmiany w otoczeniu komórki.
Jeśli to brzmi skomplikowanie, pomyśl o tym w ten sposób: plazmid czasowy wypisuje „A” w odstępach czasowych. Jeśli nie ma „zewnętrznego sygnału”, naukowcy zobaczyliby tylko ten ciąg A. Ale jeśli drugi plazmid zostanie włączony przez zewnętrzny sygnał, wstawi swój znaczek do ciągu A. Na podstawie tego, gdzie w tym ciągu pojawia się znaczek drugiego plazmidu, naukowcy mogą wywnioskować, kiedy miał miejsce sygnał zewnętrzny. Podobnie jak paski danych na taśmie magnetycznej, naukowcy mogą to dalej analizować za pomocą narzędzi obliczeniowych.
W nowym badaniu naukowcy wykazali, że system może rejestrować co najmniej trzy jednoczesne sygnały przez kilka dni. Następnym krokiem jest zawężenie celów.
„Teraz planujemy przyjrzeć się różnym markerom, które mogą ulec zmianie w związku ze zmianami stanów naturalnych lub chorobowych, w układzie pokarmowym lub gdzie indziej” - powiedział Wang.
