Американські біотехнологи навчилися керувати активністю генів бактерій за допомогою електрики. Бактеріальний перемикач, отриманий за допомогою нової технології, можна вбудовувати в біосенсори, медичні прилади і різні гаджети. Статтю про розробку опубліковано в журналі.
Бактерії широко застосовуються в молекулярній біології, біохімії та генної інженерії. Найбільш вивчені на сьогоднішній день бактерії за допомогою генних модифікацій можуть синтезувати широкий спектр біомолекул. Завдяки модифікованим у промислових обсягах випускаються аналог інсуліну і деякі ферменти.
Крім промислового застосування, здатність синтезувати необхідні людині молекули могла б стати в нагоді в компактних системах, що працюють «на місці», наприклад, безпосередньо в тілі людини. Але для ідеальної роботи таких систем потрібен перемикач, який контролював би вироблення молекул.
Такий перемикач, що працює від електричного сигналу, розробили автори нового дослідження. Вони поклалися на природну здатність реагувати на окислювальний стрес: ситуацію, в якій надмірне окислення молекул бактерії загрожує її життю. У чутливий білок SoxR, окислюючись, взаємодіє з ділянкою ДНК, яка запускає синтез білків, що регулюють дихальну активність бактерії, і допомагає їй впоратися з окислювальним стресом.
Вчені використовували цю природну систему чутливості для того, щоб керувати експресією будь-яких необхідних генів. Після введення відповідних керуючих елементів в геном, модифіковані бактерії у відповідь на окислювальний стрес починали синтезувати не тільки «протиокислювальні» білки, але і ті, що були введені вченими. Окислювальний стрес при цьому створювався за допомогою простого електрода, введеного в живильне середовище: коли на електрод подавали позитивний заряд, переносники електронів окисляли білок SoxR і запускали механізм боротьби зі стресом і експресію генів додаткових білків. При відключенні електрода експресія припинялася.
Таким чином, дослідники розробили «електрогенетичний перемикач» пристрій, який може регулювати експресію генів за допомогою електричного сигналу. Вбудовуючи різні гени, які кодують потрібні білки, вчені домоглися того, що флуоресціювали і рухалися по сигналу.
Вчені вважають, що завдяки простоті і варіативності ця конструкція може знайти застосування в медичній сфері і в області біотехнологій вже протягом пари років. Пристрій можна буде вбудовувати, наприклад, в автономні та напівавтономні системи, придатні для діагностики та терапії захворювань: при виявленні патогенних бактерій така система зможе оперативно виготовити антибіотик і відразу ж ввести його в кров пацієнта.
Бактерії застосовуються не тільки у виробництві біомолекул, харчової промисловості та медицині. Їх використовують навіть у будівництві, наприклад при виробництві цементу.