Создан электрический переключатель активности генов

Американские биотехнологи научились управлять активностью генов бактерий с помощью электричества. Бактериальный переключатель, полученный с помощью новой технологии, можно встраивать в биосенсоры, медицинские приборы и различные гаджеты. Статья о разработке опубликована в журнале Nature Communications.  

Бактерии широко применяются в молекулярной биологии, биохимии и генной инженерии. Самые изученные на сегодняшний день бактерии Escherichia coli с помощью генных модификаций могут синтезировать широкий спектр биомолекул. Благодаря модифицированным E. coli в промышленных объемах выпускаются аналог инсулина и некоторые ферменты.  

Помимо промышленного применения, способность E. coli синтезировать необходимые человеку молекулы могла бы пригодиться в компактных системах, работающих «на месте», например, непосредственно в теле человека. Но для идеальной работы таких систем нужен переключатель, который контролировал бы выработку молекул.  

Такой переключатель, работающий от электрического сигнала, разработали авторы нового исследования. Они положились на естественную способность E. coli реагировать на окислительный стресс: ситуацию, в которой чрезмерное окисление молекул бактерии угрожает ее жизни. У E. coli чувствительный белок SoxR, окисляясь, взаимодействует с участком ДНК, который запускает синтез белков, регулирующих дыхательную активность бактерии, и помогает ей справиться с окислительным стрессом.  

Ученые использовали эту естественную систему чувствительности для того, чтобы управлять экспрессией любых требуемых генов. После введения подходящих управляющих элементов в геном, модифицированные бактерии в ответ на окислительный стресс начинали синтезировать не только «противоокислительные» белки, но и те, что были введены учеными. Окислительный стресс при этом создавался с помощью простого электрода, введенного в питательную среду: когда на электрод подавали положительный заряд, переносчики электронов окисляли белок SoxR и запускали механизм борьбы со стрессом и экспрессию генов дополнительных белков. При отключении электрода экспрессия прекращалась.  

Таким образом, исследователи разработали «электрогенетический переключатель» устройство, которое может регулировать экспрессию генов с помощью электрического сигнала. Встраивая разные гены, кодирующие нужные белки, ученые добились того, что E. coliфлуоресцировали и двигались по сигналу.  

Ученые считают, что благодаря простоте и вариативности эта конструкция может найти применение в медицинской сфере и в области биотехнологий уже в течение пары лет. Устройство можно будет встраивать, например, в автономные и полуавтономные системы, пригодные для диагностики и терапии заболеваний: при обнаружении патогенных бактерий такая система сможет оперативно изготовить антибиотик и сразу же ввести его в кровь пациента.  

Бактерии применяются не только в производстве биомолекул, пищевой промышленности и медицине. Их используют даже в строительстве, например при производстве цемента.