Ученые взломали сенсорную систему бактерий

Двухкомпонентные системы, состоящие из мембранного белка и генного регулятора внутри клетки, позволяют бактериям чутко реагировать на изменения окружающей среды. Большинство таких систем устроены по одинаковому принципу: белок сенсорная киназа получает сигнал от внешнего мира и инициирует процесс фосфорилирования, который активирует второй компонент — регулятор ответа. Таким образом необходимый ген активируется или подавляется, передает hightech.plus

Секвенирование позволяет легко обнаружить участки ДНК, кодирующие двухкомпонентные системы, однако этой информации недостаточно, чтобы понять, на какой сигнал они реагируют и активность какого гена меняют. В результате биологам известны «входы» и «выходы» лишь 1% из 25 000 таких сенсоров. Между тем, отмечает Sceince Daily, в среднем у каждого вида бактерий есть около двух десятков подобных сенсоров, а у некоторых — несколько сотен.

Каждая двухкомпонентная система высокоспецифична. Однако исследователям из Университета Райса удалось «взломать» сенсор и перенаправить его активность на другой ген. Для этого они перемонтировали компоненты двух биосенсоров, реагирующих на свет. «Вход» сенсора красного света подключили к «выходу» зеленого в 39 разных доменах. В результате система реагировала на освещение красным так же, как на освещение зеленым.

Дополнительные эксперименты подтвердили, что методика позволяет не только перемонтировать компоненты сенсоров в одной клетке, но и объединять элементы, взятые у разных видов бактерий.

В частности, команде удалось внедрить семь двухкомпонентных систем из бактерии Shewanella oneidensis в E. coli. Одна из них оказалась детектором уровня кислотнсти pH.

Авторы разработки уверены, что у нее широкие перспективы в медицине и биотехнологиях. Например, исследование двухкомпонентных систем позволит обнаружить «слабые места» у опасных бактерий, в том числе тех, что приобрели устойчивость к антибиотикам. Кроме того, микроорганизмы с искусственными биосенсорами станут основой для биодатчиков, оценивающих состояние человеческого организма и окружающей среды.

Исследователям из Кембриджа удалось внедрить в живую бактерию искусственную ДНК рекордного размера. Этот новый этап развития синтетической биологии поможет больше узнать о происхождении генетического кода и стимулирует развитие промышленности.