Najmniejszy na świecie rejestrator danych wykonany… z bakterii

Naukowcy z Columbia University Medical Center przekształcili naturalny bakteryjny układ odpornościowy w mikroskopijny rejestrator danych. Pozwoli to no śledzenie niewidocznych w inny sposób zmian wewnątrz naszych organizmów.

Naukowcy z USA zmodyfikowali zwykły laboratoryjny szczep wszechobecnych bakterii Escherichia coli tak, by posłużyły do jako rejestrator danych. Dzięki temu, za pomocą bakterii umożliwiono śledzenie nie tylko ich interakcji ze środowiskiem, ale także innych wydarzeń środowiskowych w organizmie.

Amerykańscy badacze posłużyli się do tego techniką edycji genów CRISPR-Cas9 wykorzystując naturalną zdolność bakterii do zapamiętywania informacji genetycznej o wirusach. Bakterie posiadają „biblioteki” sekwencji genetycznych, które pomagają w identyfikacji inwazyjnych wirusów. Bakteria kopiuje te informacje na odcinki RNA, które pomagają enzymom tnącym DNA (endonukleaza Cas9) na szybkie rozpoznanie genomów wirusa i niszczenie ich, zanim zdążą wyrządzić szkody.

To sprawia, że technika ta jest niezwykle przydatna, jako coś w rodzaju „molekularnego skalpela”. Ale w tym przypadku badacze zwrócili uwagę na same „biblioteki” danych i sposób, w jaki bakterie zapamiętują informacje. Po dokładnej analizie procesu naukowcom udało się zmodyfikował bakterie e. coli tak, by rejestrowały zmiany zachodzące w ich środowisku. Badacze opracowali również sposób, by rejestrować też czas określonych zmian.

Dzięki zastosowanej przez badaczy technologii będzie można wykorzystywać bakterie do różnorakich zadań – od diagnozy po monitoring organizmu. Technika ta pozwoli śledzić w inny sposób niewidoczne zmiany bez zakłócania ich otoczenia.

 

Jak dotąd eksperymenty wykazały, że zmodyfikowane bakterie mogą rejestrować co najmniej trzy różne sygnały zewnętrzne jednocześnie. Do tego system może działać przez kilka dni. „Nasze podejście umożliwia stabilną rejestrację informacji przez kilka dni i potem dokładną ich rekonstrukcję” – napisali badacze w publikacji na łamach prestiżowego pisma „Science”.

Naukowcom już wcześniej udało się zakodować informację w DNA bakterii (krótki film, który został następnie odtworzony z DNA kolejnych pokoleń bakterii), ale teraz po raz pierwszy technologia CRISPR został wykorzystana do zarejestrowania aktywności komórkowej i czasu tych zdarzeń.

Wraz z rosnącą ilością dowodów łączących drobnoustroje jelitowe z różnymi chorobami – od choroby Parkinsona, przez chroniczne zmęczenie, aż po stwardnienie rozsiane – dysponowanie narzędziami do szczegółowej analizy złożonych środowisk wewnątrz nas jest nieocenione. – Takie bakterie połknięte przez pacjenta, mogą rejestrować zmiany, jakie zachodzą w całym przewodzie pokarmowym, uzyskując niespotykany dotąd wgląd wcześniej niedostępnych zjawisk – powiedział Harris Wang, współautor publikacji.

 

 

Źródło i fot.: Columbia University Medical Center