Forskere har konverteret en masse mikrober til det, de har kaldt "verdens mindste båndoptager:" Ved at tænke med generne fra en almindelig laboratoriestamme afEscherichia coli bakterie, forskere siger, at de har været i stand til at coax bakterierne til ikke kun at registrere deres interaktioner med miljøet, men også tidsstempling af disse forekomster.
Disse bittesmå "båndoptagere" - som blev detaljeret beskrevet i en ny undersøgelse, der blev offentliggjort 23. november i tidsskriftet Science - kan hjælpe med at understøtte en ny klasse af teknologier, der bruger bakterieceller til at diagnosticere sygdom eller overvåge skift i miljøet, alt uden at forstyrre deres omgivelser .
"Sådanne bakterier, der er slugt af en patient, kan muligvis registrere de ændringer, de oplever gennem hele fordøjelseskanalen, hvilket giver et hidtil uset syn på tidligere utilgængelige fænomener," forfatter seniorundersøgelse Harris Wang, en adjunkt i afdelingen for systembiologi ved Columbia University Medical Center, sagde det i en erklæring.
Teknologien bag båndoptagerne er det populære genredigeringsværktøj, CRISPR. Værktøjet, der tillader forskere i det væsentlige at slukke DNA-sekvenser ud og erstatte det med specifikt genetisk materiale, blev oprindeligt opdaget i bakterier. CRISPR er en del af visse bakteriers immunsystem - det kan kopiere DNA-fragmenter fra invaderende vira, så kommende generationer af bakterier kan genkende og afvise efterfølgende angreb.
"Systemet er en naturlig biologisk hukommelsesenhed," sagde Wang. "Fra et ingeniørperspektiv er det faktisk ganske rart, fordi det allerede er et system, der er blevet slået sammen gennem evolutionen for at være rigtig god til at gemme information."
Holdets mikroskopiske optager består af et par genbærende strukturer kendt som plasmider. Det første, et "timing" -plasmid, markerer tid ved at udtrykke visse DNA-molekyler, kaldet nukleotider, i CRISPR-regionen i bakteriens DNA. Det andet plasmid modificeres for at skabe flere kopier af sig selv, men kun som svar på et eksternt signal. Resultatet er et patchwork af baggrundssekvenser, der registrerer tid og signalsekvenser, der indsættes som svar på ændringer i cellens miljø.
Hvis det lyder kompliceret, skal du tænke på det sådan: Timingsplasmidet udskriver et "A" med mellemrum. Hvis der ikke er noget "eksternt signal", ville forskerne kun se denne streng af A'erne. Men hvis det andet plasmid tændes af et eksternt signal, vil det indsætte sit stempel i strengene til A'erne. Baseret på hvor i den streng det andet plasmids 'stempel dukker op, kan forskerne udlede, hvornår det eksterne signal fandt sted. Ligesom datastripene i et magnetbånd kan forskere analysere dette yderligere ved hjælp af beregningsværktøjer.
I den nye undersøgelse viste forskerne, at systemet kan optage mindst tre samtidige signaler i flere dage. Det næste trin er at indsnævre målene.
”Nu planlægger vi at se på forskellige markører, der muligvis kan ændres under ændringer i naturlige eller sygdomstilstande, i mave-tarm-systemet eller andre steder,” sagde Wang.
