Zariadenia na genetické zabíjanie vedú konštruované mikróby k odchodu AWOL

Anonim

Zariadenia na genetické zabíjanie vedú konštruované mikróby k odchodu AWOL

biológie

Michael Irving

17. novembra 2017

Demonštrácia prepínača Cryodeath kill: v hornom rade sú baktérie rastúce pri štyroch rôznych riedeniach pri zamýšľaných 37 ° C (98, 6 ° F), zatiaľ čo spodný rad je rovnaký riedenie pri nižších teplotách, čo zabije chybu (Credit: Wyss Institute at Harvardská univerzita)

Baktérie môžu byť skvelými malými pracovnými koňmi, navrhnutými tak, aby vyrábali lepšie batérie, vyčistili odpadové plasty, bojovali proti rakovine a dokonca produkovali kyslík pre prvých ľudských osadníkov na Marse. Problémom je, že skutočne nevieme, čo by mohli robiť šikovné zvieratká, ak by sa niekedy dostali z ich zamýšľaného prostredia - a nechajte to tvárou v tvár, pravdepodobne to budú. Aby sa chyby udržali pod kontrolou, vedci z Harvardského Wyssovho inštitútu vyvinuli dva typy "zabíjacích prepínačov", ktoré môžu byť zakomponované do ich genómov.

Harvardský tím stavia na predchádzajúcej práci, ktorá vyvinula spôsoby, ako zabiť baktérie na požiadanie, keď už nie sú potrebné, ale to by nestačilo na aplikácie v reálnom svete. Baktérie sa musia automaticky samovrakovať, keď opúšťajú svoje pracovné prostredie - v tomto prípade telá zvierat - a keďže sa mikróby vyvíjajú tak rýchlo, vedci musia byť istí, že gény prepínania zabíjania sa prenášajú do každej generácie.

Tím zavolá prvý zabudovaný prepínač "Essentializer, " pretože zabraňuje baktériám, aby odstránili určitú funkciu z ich genómu prostredníctvom evolúcie. Systém Essentializer kóduje gén, ktorý produkuje toxín, ktorý zabije baktérie, ak sú hladiny príliš vysoké, ale bakteriofágové faktory v pamäťovom prvku neustále inhibujú expresiu tohto toxínového génu. To znamená, že pamäťový prvok je nevyhnutný pre prežitie baktérií a ak ho odstráni náhodná genetická mutácia, chyba zomrie.

"Tým, že spojíme funkciu pamäťového prvku s funkciou pamäťového modulu Essentializer, v podstate spájame prežitie baktérií E. coli s prítomnosťou pamäťového prvku, " hovorí Finn Stirling, prvý autor štúdie. "Odstránenie pamäťového prvku z bakteriálneho genómu, ktorý tiež eliminuje dva fágové faktory potláčajúce toxíny, okamžite spúšťa prepínač kill, aby produkoval vysoké množstvá toxínu, ktoré prevyšujú anti-toxín a eliminujú postihnuté baktérie z populácie. Aby sme vytvorili tento sofistikovaný systém kontrol a rovnováhy, sme sa ubezpečili, že samotné zabijacie prepínače zostanú úplne neporušené, čo je dôležitý predpoklad pre budúce aplikácie, overili sme, že po približne 140 bunkových deleniach boli stále funkčné.

Druhý prepínací spínač, prezývaný "Cryodeath, " pracuje na tom istom princípe, ale v tomto prípade mechanizmus toxínu okamžite zabije baktérie, ak sa niekedy dostane von z tela. To sa deje tak, že sa teplota spúšťa: gén toxínu sa aktivuje iba vtedy, ak okolie baktérie klesne z 37 ° C (98, 6 ° F) - na normálnu telesnú teplotu - na 22 ° C (71, 6 ° F). Pri testoch na myšiach predstavili tím svoje zabíjanie E. coli a potom testovali zvieratá na výkaly. Zistilo sa, že iba jedna baktéria na 100 000 je stále životaschopná mimo tela.

"Tento postup nám výrazne približuje skutočné aplikácie synteticky skonštruovaných mikróbov v ľudskom tele alebo v životnom prostredí, " hovorí Pamela Silverová, vedúca výskumná pracoviska. "Teraz pracujeme na kombináciách zabíjačov, ktoré dokážu reagovať na rôzne environmentálne podnety, aby poskytli ešte prísnejšiu kontrolu."

Tieto zabíjačské prepínače by mohli byť len pár zbraní v širšom arzenáli proti zabudovaným baktériám. Tím MIT vyvinul "spínač" a "passcode", ktorý by okamžite zabíjal baktérie, ak jedna alebo viac chemikálií chýbali, zatiaľ čo vedci spoločnosti Caltech používali tepelné vysielačky na vysielanie pokynov baktérie v tele o tom, kedy a kde uvoľniť užitočnú dávku lieku a samozničiť, keď je práca vykonaná.

Výskum tímu Harvard bol publikovaný v časopise Molecular Cell .

Zdroj: Wyss Institute, Harvard

Demonštrácia prepínača Cryodeath kill: v hornom rade sú baktérie rastúce pri štyroch rôznych riedeniach pri zamýšľaných 37 ° C (98, 6 ° F), zatiaľ čo spodný rad je rovnaký riedenie pri nižších teplotách, čo zabije chybu (Credit: Wyss Institute at Harvardská univerzita)