Созданы синхронизирующиеся бактериальные часы

Синхронизация процессов играет важнейшую роль в физике и биологии как способ самоорганизации компонентов для выполнения некой задачи. Теперь и бактериальные часы могут функционировать по этому принципу (иллюстрация UCSD).

Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD), создавшие в позапрошлом году уникальные «генетические часы», сообщают о новой разработке в этой области. Теперь бактерии могут действовать как единый сенсорный датчик, общаясь между собой посредством обмена молекулами.

Мы подробно рассказывали о предыдущем эксперименте команды – бактериальных «генетических часах», в которых отсчёт времени шёл весьма необычным способом – внутри бактерий E. coli через определённые промежутки включались флуоресцентные белки. Таким образом по реакции клеток можно было определить присутствие в растворе определённого вещества или изменение температуры среды.

Теперь же американцы создали бактериальный датчик следующего поколения. Архитектура его аналогична предыдущему, но дополнена кворумом чувствительности (quorum sensing). Иными словами, теперь благодаря взаимодействию всех клеток по принципу цепной реакции чувствительность колонии в целом оказывается гораздо выше.

а) – схема осциллятора с двойной обратной связью, те самые «генетические часы» внутри каждой бактерии. Вырабатываемая молекула проникает в мембраны соседних клеток и запускает цепную реакцию, в результате чего все бактерии синхронно светятся. b) – микроскопическое устройство, предназначенное для поддержания плотности колонии бактерий. c) – график колебания системы во времени, где красные точки соответствуют моментам, запечатлённым на следующих микроснимках. d) – кадры, отснятые в ходе экспериментального запуска часов (иллюстрация Tal Danino et al./UCSD).

Как сообщается в пресс-релизе университета, исследователи построили устройство для наблюдения за колониями в двух различных масштабах — микрометровом и миллиметровом. В первом случае клетки выдают вспышки с периодом от 50 до 90 минут (его можно настроить со стороны) строго синхронно.

В более крупном масштабе время распространения химического сигнала между членами бактериального сообщества становится куда более важным, позволяя исследователям визуально наблюдать волны света, проходящие через колонию. Вот как это выглядит в динамике.

Подобная система представляет собой первый синхронизированный генетический осциллятор. Этот инструмент может оказаться краеугольным камнем для синтетической биологии, ответвления от генетической инженерии, которая пытается создать микроорганизмы, предназначенные для выполнения полезных функций.

Так, в статье, опубликованной в Nature, американцы высказывают предположение, что синхронизированные генетические часы могут быть первым шагом к использованию микробов как микроскопических биосенсоров, настроенных на обнаружение токсинов или в качестве клеточных систем доставки лекарств, направленных на выброс химических веществ в организм через запрограммированные интервалы времени.

Ранее мы рассказывали, как бактерии «по-человечески» совершают выбор, разговаривают цветами и как были созданы клетки с искусственной генетической памятью.



Плесневый гриб воспроизвёл карту токийской железной дороги

22 января 2010

У рифовых окуней найден архитектурный талант

22 января 2010

Зверей Мадагаскара прибило к острову волной удачи

21 января 2010

Установлено превосходство капуцинов над человеком

21 января 2010

Обнаружена способность сперматозоидов узнавать друг друга

21 января 2010