Учёные рисуют картинки с помощью света, клеток и бактерий

 

Бактерии, реагирующие на красный, зеленый и синий свет, создали несколько поразительных трехцветных рисунков, которые были сделаны в интернете, но вклад, который они вносят в область синтетической биологии, еще более впечатляет.

 

Искусные бактерии были разработаны Крисом Фойтом, профессором биологической инженерии в Массачусетском технологическом институте, и его командой, которые хотят запрограммировать клетки на выполнение функций, а также строить материалы снизу вверх.

 

- Клетки-это невероятные атомные архитекторы. Они способны создавать очень точные материалы, которые не могут быть использованы в химии", - говорит Фойт. -И вы можете делать это в условиях окружающей среды, вместо того чтобы использовать токсичные растворители.- На этой неделе они опубликовали свое исследование в журнале Nature Chemical Biology.

 

Инженерные бактерии могут быть полезны нам во всех отношениях. Они могут быть сконструированы так, чтобы создавать ткани или материалы, или выявлять болезнь у пациента и вводить точную дозу лекарства в нужное место. Они могли бы роиться в корнях растений в почве и доставлять точное количество удобрений. Они могли бы производить частицы железа по мере роста, которые могли бы стать компонентами в электронике, представляющей собой гибрид биологии и машины.

 

Система для программирования ячеек

 

Чтобы понять это будущее, ученые должны научиться лучше программировать клетки. Вот где появляется эта новейшая техника, называемая системой RGB — для красного, зеленого и синего цветов. Она основана на более чем десятилетних исследованиях в лаборатории Фойта, в частности, на проекте, опубликованном им в 2005 году, в котором описывался способ получения бактерий Escherichia coli для создания черно-белых фотографий.

 

Черно-белая система 2005 года состояла из четырех генов, 4000 пар оснований (CG и AT оснований в двухцепочечной молекуле) и трех фрагментов ДНК, называемых промоторами, которые инициируют первое действие, которое ген предпринимает, чтобы превратить свои инструкции в продукт, такой как белок.

 

С тех пор все стало еще сложнее.

 

Система RGB команды состоит из 18 генов, 14 промоторов, а также других битов ДНК, называемых Терминаторами и плазмидами, и 46 198 пар оснований.

 

"В каком-то смысле это происходит от одной длины волны света до трех, но поскольку вы делаете это все внутри клетки, становится экспоненциально трудно заставить много вещей работать хорошо, и это требует много технологий", - говорит Фойт.

 

Технология программирования клеток включала оптогенетику (способ управления клетками с помощью света), язык программирования для клеток под названием Cello, который Фойт и его команда разработали в прошлом году, и новый метод управления функциями генов, известный как CRISPR.

 

Используя эти и другие инструменты из синтетической биологии, они создали клетку, состоящую из следующих частей:

 

Сенсорная матрица, изготовленная из фитохромов, световых рецепторов растений


Генетическая схема, которая обрабатывает световые сигналы
Компонент, называемый распределителем ресурсов, который связывает цепь с приводом, ответственным за производство красного, зеленого или синего пигмента

 

Клетка могла воспринимать три цвета света, обрабатывать информацию с помощью генетических схем и, поскольку ученые были в состоянии контролировать то, что гены делали с информацией — как они ее выражали — клетки производили красный, зеленый и синий пигменты.

 

В чашке Петри микробы "нарисовали" фруктовый натюрморт, геометрический мотив ящерицы и прыгающего Супер Марио.

 

За Пределами Бактериального Искусства

 

Поскольку ученые контролируют экспрессию генов, они могли бы использовать свет для других целей, помимо создания искусства. В одном тесте ученые контролировали способность клетки вырабатывать ацетат. Понимание системы обратной связи для ацетата имеет решающее значение для многих промышленных процессов, таких как производство ароматизаторов, растворителей и топлива, где в некоторых случаях инженеры могут захотеть получить ацетат, но в других случаях они могут этого не сделать.

 

Фойт говорит, что система RGB также может быть использована для построения молекул, процесс, который требует определенных наборов реакций, чтобы произойти в определенное время. Включение и выключение света в определенное время может вызвать метаболические пути и ферменты в нужный момент, чтобы сделать натуральные подсластители и фармацевтические препараты.

 

А поскольку эти клетки управляются светом, то ими можно управлять и дистанционно.

 

Для следующего проекта Фойт хотел бы построить более крупную и сложную систему. Но он и его команда знают, что это будет непростой задачей. Оказывается, когда они добавили в клетку много генетических компонентов, то в остальном нетоксичные части начали препятствовать росту клетки и в некоторых случаях убивать ее.

 

-А что такого в конструкции системы, что мешает клетке нормально функционировать?- Спрашивает Фойт.

ИСТОЧНИК

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (18.04.2020)
Просмотров: 39 | Рейтинг: 0.0/0