Vědci převedli spoustu mikrobů na to, čemu dabovali „nejmenší magnetofon na světě:“ tím, že pohrávali s geny běžného laboratorního kmeneEscherichia coli bakterie, vědci říkají, že dokázali přinutit bakterie, aby nejen protokolovaly své interakce s prostředím, ale také časově označily tyto výskyty.
Tyto malé "magnetofony", které byly podrobně popsány v nové studii zveřejněné 23. listopadu v časopise Science, mohou pomoci podpořit novou třídu technologií, které využívají bakteriální buňky k diagnostice onemocnění nebo sledování změn v životním prostředí, a to vše bez narušení jejich okolí .
"Takové bakterie spolknuté pacientem by mohly být schopny zaznamenat změny, které zažívají v celém zažívacím traktu, což přináší nebývalý pohled na dříve nepřístupné jevy," autor hlavní studie Harris Wang, odborný asistent na katedře systémové biologie na Columbia University Medical Center, uvedl ve svém prohlášení.
Technologie za magnetofony je oblíbeným nástrojem pro editaci genů CRISPR. Tento nástroj, který vědcům umožňuje v zásadě vystřihnout sekvence DNA a nahradit je specifickým genetickým materiálem, byl původně objeven v bakteriích. CRISPR je součástí imunitního systému určitých bakterií - dokáže kopírovat útržky DNA z napadajících virů, takže budoucí generace bakterií mohou rozpoznat a potlačit následné útoky.
"Systém je přirozené biologické paměťové zařízení," řekl Wang. "Z technického hlediska je to vlastně docela hezké, protože už je to systém, který byl vynalezen evolucí, aby byl opravdu skvělý v ukládání informací."
Mikroskopický záznamník týmu sestává z páru struktur nesoucích gen, známých jako plazmidy. První „časovací“ plazmid značí čas expresí určitých molekul DNA, nazývaných nukleotidy, v oblasti CRISPR bakteriální DNA. Druhý plazmid je modifikován tak, aby vytvořil více kopií sám o sobě, ale pouze v reakci na externí signál. Výsledkem je mozaika sekvencí pozadí, které zaznamenávají čas a signální sekvence, které se vkládají v reakci na změny v prostředí buňky.
Pokud to zní komplikovaně, přemýšlejte o tom takto: Časovací plazmid vytiskne „A“ v časových odstupech. Pokud neexistuje žádný „externí signál“, vědci uvidí pouze tento řetězec A. Pokud je však druhý plazmid zapnut externím signálem, vloží jeho razítko do řetězce A. Na základě toho, kde se v tomto řetězci objeví známka druhého plazmidu, mohou vědci odvodit, kdy došlo k vnějšímu signálu. Stejně jako pruhy dat na magnetické páse, vědci to mohou dále analyzovat pomocí výpočetních nástrojů.
V nové studii vědci ukázali, že systém dokáže zaznamenat alespoň tři simultánní signály po dobu několika dnů. Dalším krokem je zúžení cílů.
"Nyní se chystáme podívat na různé markery, které by se mohly změnit v důsledku změn přirozených nebo chorobných stavů, v gastrointestinálním systému nebo kdekoli jinde," řekl Wang.
