Szybki, programowalny zegar molekularny

Zegarek molekularny, który odmierza czas błyskiem białka fluorescencyjnego, może stanowić podstawę dla nowych bioczujników. Zegar, czyli syntetyczny oscylator genów, jest wyczynem biologii syntetycznej — raczkującej dziedziny, w której naukowcy opracowują nowe biologiczne części w organizmach.

Bioinżynierowie z UC San Diego stworzyli pierwszy stabilny, szybki i programowalny zegar genetyczny, który niezawodnie utrzymuje czas dzięki mruganiu białek fluorescencyjnych w środku E coli komórki. Częstotliwość migania zegara zmienia się wraz ze zmianą temperatury, źródła energii lub innych warunków środowiskowych. Pokazano tutaj układ mikroprzepływowy zdolny do kontrolowania warunków środowiskowych E coli komórki z wielką precyzją – jeden z kluczy do tego postępu.
Źródło: UC San Diego Jacobs School of Engineering

Aby stworzyć zegar, naukowcy zmodyfikowali genetycznie oscylator molekularny złożony z wielu promotorów genów, które włączają geny w obecności pewnych substancji chemicznych oraz samych genów, z których jeden koduje białko fluorescencyjne. Wyrażony w E coli bakterie, system sprzężenia zwrotnego włącza i wyłącza gen fluorescencyjny w regularnych odstępach czasu.

Oscylacje zegara można dostosować do temperatury, w której E coli są uprawiane, składniki odżywcze, którymi są karmione, oraz określone wyzwalacze chemiczne. Według artykułu opublikowanego dzisiaj w Natura , najszybsze oscylacje, jakie naukowcy zarejestrowali do tej pory, wynoszą około 13 minut.

Częstotliwość włączania i wyłączania mogłaby potencjalnie zostać wykorzystana do określenia poziomu niektórych toksycznych substancji chemicznych w środowisku, mówi Jeff Hasty, bioinżynier z UC San Diego, który kierował projektem. Można było dokonać prostych modyfikacji, aby reagował na inne chemikalia lub cukry.

Według komunikatu prasowego UC San Diego,

Kolejnym krokiem jest synchronizacja zegarów w dużej liczbie E coli komórki, tak aby wszystkie komórki w probówce mrugały jednocześnie. Zacznie to wyglądać jak zadatki fascynującego czujnika środowiskowego, powiedział Jeff Hasty, profesor bioinżynierii na UC San Diego i starszy autor na Natura papier. Naukowcy z jego laboratorium opracowali również wyrafinowane systemy mikroprzepływowe zdolne do kontrolowania warunków środowiskowych ich E coli komórki z dużą precyzją. Dzięki temu bioinżynierowie mogą dokładnie śledzić, jakie warunki środowiskowe wpływają na częstotliwość migania ich zegarów.

ukryć