Генетики запрограммировали бактерии на рост кольцами

В эксперименте были использованы традиционные для подобных манипуляций бактерии — Escherichia coli (кишечная палочка) (фото с сайта hku.hk).

Группа биологов из Китая, США и Германии научила бактерии своеобразному фокусу. Стартуя из центра чашки Петри, колония разрасталась, формируя идеальные кольца – волны плотности. Такой узор, конечно, авторы эксперимента создали не для забавы.

Одним из важнейших вопросов в биологии развития является механизм, за счёт которого делящиеся клетки формируют правильные (в частности периодические) структуры, череду позвонков или строго определённое количество пальцев, к примеру. Механизм контроля тут ещё не понятен до конца, и вот теперь учёные попробовали смоделировать его в необычном опыте.

Биологи использовали методы генной инженерии и сконструировали, а затем и собрали генетические модули, которые связали плотность расположения клеток на подложке из агара с их подвижностью.

Учёные делали снимки колонии с определённой периодичностью (фото с сайта hku.hk).

Один из таких генетических блоков синтезирует химический сигнал ацил-гомосерин лактон (AHL), сообщает Technology Review. По мере того как плотность населения в колонии растёт, это вещество накапливается, заставляя клетки прекратить плавание и осесть на месте.

Нескольким клеткам по краям колонии удаётся уйти чуть дальше других, а поскольку AHL не распространяется далеко, процесс начинается заново. Новая порция колонии принимается активно двигаться, пока следующая волна плотности клеток не наберёт критического количества AHL и не сформирует второе кольцо.

Так авторы показали, как клетки могут формировать правильные структуры без всякого внешнего управления.

Более того, учёные составили математическую модель процесса и на её основе рассчитали, какие модификации нужно сделать в генах, чтобы произвольно менять число колец в запрограммированном на уровне генов шаблоне.

Эту часть теории авторы работы также проверили на практике, заставив бактерии формировать нужные им узоры.

Научившись тонкому управлению разрастанием и дифференциацией клеток, люди могли бы серьёзно продвинуться в таких областях, как клеточная терапия и выращивание органов из стволовых клеток. На снимке мы видим колонию, не сформировавшую ни одного кольца, а также образцы, создавшие одно, два и пять колец с плотным расположением клеток (фото с сайта hku.hk).

(Подробности опытов раскрывают пресс-релиз университета Гонконга и статья в Science.)



Биологи расшифровали звуковые сигналы пираний

13 октября 2011

Открыт самый большой в мире вирус

11 октября 2011

У животных впервые обнаружен круговорот насилия

4 октября 2011

Американцы создали электронную чашку Петри

4 октября 2011

Учёные построили аналог живой клетки из транзисторов

3 октября 2011
  • Александр Вихров  17 октября, 18:43
    Ресечеры, у вас же тарелка правильная. Возьмите обычную лужу для чистоты эксперимента.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  17 октября, 18:55
    Колония начинает рост из центра и уже отсюда _сразу_ строит кольца. Они ничего не знает, какие там за «километры» (для бактерий) края чашки — круглые или неправильной формы. И вообще тут главное не форма колец как таковых, а именно запрограммированное создание чередования плотности населения много-мало-много-мало...
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  19 октября, 19:05
    Леонид, даже центр может иметь неправильную форму. Но методика сама по себе идиотская. Результат был ясен заранее.
    ОтветитьНравится
  • Андрей Васильев  2 декабря, 11:03
    Александр Вихров : Возьмите обычную лужу для чистоты эксперимента.....
    И стоило вам, Александр на Мембране регистрироваться. Для вашего уровня знаний есть другие ресурсы.
    ОтветитьНравится
  • Константин Селезнев  17 октября, 18:46
    Не тарелка, а Чашка Петри.
    ОтветитьНравится
  • Артём Никитенко  17 октября, 18:47
    Прекрасно! Теперь ждем ассиметричные фигуры и в 3D.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  17 октября, 19:13
    Эээээ... Про какое «плавание» идёт речь в заметке, если используются твёрдые питательные среды?..
    И таки да: AHL, будучи мессенджером кворум-сенсинга ( en.wikipedia.org/wiki/Quorum_sensing ) клетки не «осаждает», а просто сильно замедляет клеточный рост. Лично моё мнение — именно светлые полосы обусловлены им.
    Опять же вещество выбрано не просто так: у этих клеток есть сигнальные пути («рецепторы») для AHL. Так что для других клеток мессенджеры могут быть другими. Но таки да: формирование симметричных и ассиметричных «образований» происходит под контролем регуляторных веществ. Ничего кардинально нового, увы, кетайсами не открыто...
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заикин  17 октября, 21:32
    Как я понял достижение группы состоит не в нахождении сигнальных путей, а в искусственном моделировании на уровне генов этих путей.
    ОтветитьНравится
  • Артём Никитенко  17 октября, 19:42
    Илья, ткните пожалуйста меня носом в абзац, где говорится о том, что AHL «просто сильно замедляет клеточный рост»? А то ни в статье Quorum sensing, ни в N-Acyl homoserine lactone я этого не увидел. Хотя быстро пробежался, может проглядел?
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  17 октября, 20:16
    Артём:
    Эээээ... Последний абзац примера про еколи:
    «E. coli and Salmonella enterica do not produce AHL signals commonly found in other Gram-negative bacteria. However, they have a receptor that detects AHLs from other bacteria and change their gene expression in accordance with the presence of other „quorate“ populations of Gram-negative bacteria.»
    ОтветитьНравится
  • Артём Никитенко  17 октября, 20:34
    А, вот как! Я то искал буквально slow down. Каюсь, грешен. Убедили, спасибо!
    Кстати будет весьма интересно, если получится произвольно менять расстояние между кольцами.
    ОтветитьНравится
  • Александр Гранин  18 октября, 00:12
    Насчет математической модели. Реакция Белоусова—Жаботинского здесь не причем?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  18 октября, 12:57
    Нет пожалуй, хотя аналогия просматривается. Но тут ведь не чистая химия — тут реакция генов на сигнальные молекулы, изменение поведения клеток и отсюда вновь изменение в концентрации сигнальных молекул.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Босак  18 октября, 13:21
    Все то же самое, только стоя и в гамаке. Ни в статье, ни в доп. материалах не упоминают Белоусова. И если для кетайских учоных это не новость, то рецензентам стоило бы матчасть знать.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Бабурин  18 октября, 12:59
    Красивый эксперимент, но ... трактовка результата весьма сомнительная.
    Создать такую колонию — нет проблем, есть несколько способов ренерировать направленны рост бактерий. У E.coli действует обычный механизм контактрого ингибирования, во-первых, это вещество -колин, во-вторых, мембранный контакт, если число соударений в единицу времени превышает порог, то культура не растет. Основной фундаментальный закон для биологических процессов — это фрактальность в пространстве, а если еще включить временную координату, то регулярность просто невозможна.
    С другой стороны, можно спокойно получать и треугольные, и квадратные колонии..., просто немного фантазии и труда. Готов на заказ сделать из E.coli любую геометрическую фигуру, например — круг, вложенный в треугольник и вложенный в шестиугольник...
    ОтветитьНравится
  • Артём Никитенко  18 октября, 13:57
    Леонид, простите, вы хотите сказать, что можете сделать любую геометрическую фигуру без вмешательства в геном E.coli?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Бабурин  19 октября, 12:09
    Элементарно! Это направленный рост колонии бактерий! Хоть «звезду Давида»!
    ОтветитьНравится
  • Артём Никитенко  19 октября, 17:13
    А, ясно! Но суть то не в том, чтобы просто сделать красивую фигурку в чашке Петри искусства для, скажем, изменив первоначальную среду, а в том, чтобы бактерии сами «знали» сколько им расти. А сделать это можно только изменив геном.
    Если бы ученые просто заставили бактерии расти кольцами и число колец ограничилось бы только размерами среды, то это действительно бы не вызвало интереса. Но «учёные составили математическую модель процесса и на её основе рассчитали, какие модификации нужно сделать в генах, чтобы произвольно менять число колец в запрограммированном на уровне генов шаблоне». И это уже приближает нас к созданию искусственных органов.
    ОтветитьНравится
  • Артём Никитенко  22 октября, 06:41
    Кстати, дополнительная информация по сабжу, если кому еще интересно:
    elementy.ru/news?newsid=431695
    ОтветитьНравится
  • Сергей Иванов  24 декабря, 22:40
    На самом деле очень любопытно. Концетрические круги тоже можно отнести в некотором смысле к минимальным поверхностям, но в отличии от бактерий тут, к примеру, в полимерах подобные поверхности не реализуются (реализуются другие трипериодические поверхности). А тут вроде как в R3 она только двухпериодична....
    ОтветитьНравится