E. A coli baktériumok hasznosabbak lehetnek, mint gondolná

E. A coli baktériumok hasznosabbak lehetnek, mint gondolná
E. A coli baktériumok hasznosabbak lehetnek, mint gondolná
Anonim

COLLEGE STATION – A beleinkben lévő mikrobák hasznosabbnak bizonyulhatnak, mint gondolnánk. A Texas A&M Egyetem tudósai azt vizsgálják, hogy a baktériumok miként szolgálhatnak a környezeti vegyi anyagok érzékelőjeként, a gyógyszerek meghatározott célpontokba juttatására vagy apró turbinákként.

Michael Manson, a Texas A&M biológia, biokémia és biofizika professzora azt tanulmányozza, hogyan mozognak az E. coli baktériumok, hogy táplálékot találjanak. Az E colit vonzzák az olyan tápanyagok, mint a m altóz, és taszítják a káros anyagok, például a nikkelionok. Ezt az egyszerű viselkedést kemotaxisnak nevezik.

A baktériumok úszás közben folyamatosan figyelik ezeknek a vegyi anyagoknak a szintjét, hogy a "jó" vegyszerek magasabb koncentrációja felé vándoroljanak, és távolodjanak a magasabb koncentrációjú "rossz" anyagoktól. Ha egy „jó” vegyszer koncentrációja növekszik, vagy egy „rossz” vegyi anyag koncentrációja csökken, a sejt tovább úszik. Ellenkező esetben véletlenszerűen új irányt próbál meg.

Robert Gunsalus, az UCLA mikrobiológia és molekuláris genetika professzora csoportjával együttműködve Manson laboratóriuma olyan fehérjét hozott létre, amely lehetővé teszi a baktériumok számára, hogy elúszhassanak a nitráttól, ami az egyik fő energiaforrásuk. A nitrát elkerülése valójában hátránya az E. coli-nak, de az a tény, hogy ez az előállított fehérje működik, arra utal, hogy új bioszenzorokat lehet létrehozni, hogy megfeleljenek a tervezői előírásoknak.

Ennek a rendszernek az az előnye, hogy az E. coli sejtek felszínén lévő receptorok úgy módosíthatók, hogy gyakorlatilag bármilyen kis molekulát felismerjenek. Manson Frank Raushellel, a Texas A&M kémiaprofesszorával együttműködve folytatja a fehérjefejlesztés ezen aspektusát.

"A lehetőségek korlátlanok" - mondja Manson. "A végeredmény egy olcsó, hatékony, rugalmas, környezetbarát ártalmatlan baktériumok arzenálja lehet, amelyek kémiai nyomozói feladatokat látnak el anélkül, hogy bárki észrevette volna, aki nem ismeri a titkot."

A baktériumok mikroszkopikus „falkaállatokként” is használhatók apró rakomány előre meghatározott célpontokhoz való eljuttatására. A nehéz rész az, hogyan lehet a rakományt a baktériumokra rakni anélkül, hogy megzavarná az úszásukat.

A probléma megoldása érdekében Manson Ry Younghoz, a Texas A&M biokémia és biofizika, valamint biológia professzorához fordult. Young a lambda bakteriofág nevű vírussal dolgozik, amely az E. colihoz kötődik, és DNS-ét abba fecskendezi.

Normál esetben a lambda fág elpusztítja a baktériumokat, de egy bizonyos mutáns lambda fág, amikor megfertőz egy adott mutáns E. coli törzset, csak azért fecskendezi be a DNS-ét, hogy a DNS leépüljön. Eközben az üres fágrészecske, amelynek hosszú szára és gömbölyű feje nyalókára vagy holdraszállóra emlékeztet, szilárdan a sejt felszínéhez tapad.

Az inaktivált fágrészecske tökéletes támasztékává válik a rakomány megkötéséhez. A fág fejét körülvevő fehérje úgy alakítható ki, hogy szorosan kötődjön a biotin vitaminhoz. A sztreptavidin, a biotinnal erős kölcsönhatásba lépő fehérje ezután a rakományhoz kapcsolódhat, és ez a kritikus kapocs a teher (sztreptavidin) és a hordozó (fágrészecske biotinnal) között.

Manson csoportja Arun Majumdarnak, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem gépészmérnökének professzorának laboratóriumával dolgozik azon, hogy bemutassa ennek az ötletnek a bizonyítását. Kezdetben a rakomány egy gyöngy lesz, amely a sztreptavidin mellett egy könnyen követhető fluoreszcens vegyületet is tartalmaz. Látni fogják, hogy az ilyen gyöngyöket hordozó baktériumok vonzódnak-e egy vonzó vegyszer forrásához.

Bár ez a projekt a kezdeti szakaszban van, Manson azt jósolja, hogy "a baktériumok gyógyszer-, hormon- és daganatölő vegyszerek csomagjait hatékonyan és pontosan eljuttathatják a kívánt célpontokhoz.Lehetséges, hogy „építőanyagokat” is szállíthatnak az építkezésekre nanogyártási alkalmazásokban."

A baktériumok a mikrofluidika új és gyorsan növekvő területén is alkalmazásra találhatnak. Gyakran kívánatos folyadékokat csak néhány mikron átmérőjű kapillárisokon keresztül mozgatni. (Egy mikron a méter egymilliomod része.) A külső szivattyúknak nagyon nagy nyomást kell generálniuk, hogy leküzdjék az ilyen finom csövekben való áramlási ellenállást, és ezek a nyomások károsíthatják az eszközöket. A baktériumok kíméletesebbek, de ugyanolyan hatékonyak.

Minden baktériumnak körülbelül négy flagellája van, amelyek dugóhúzó-szerű légcsavarokból állnak, amelyek mindegyikét egy elektromos motor forgatja az alján, és általában másodpercenként több száz fordulattal fordul meg.

Manson és tanítványai Ajay Malshe-val és Steven Tunggal dolgoznak együtt, akik az Arkansas-i Egyetem (Fayetteville) Gépészmérnöki Tanszékén dolgoznak, hogy teszteljék, vajon a baktériumok képesek-e a külső szivattyúk által fenntartotthoz hasonló áramlási sebességet generálni..A baktériumok egy sorát egy 5 x 20 mikron átmérőjű mikrocsatornában rögzítik. (Maguk a baktériumok csak egy mikron átmérőjűek és 2-4 mikron hosszúak.) Az Arkansas csoport képes gyártani a nanocsatornákat, és nagyon érzékeny mérőeszközöket fejlesztett ki, amelyek percenként mikroliteres áramlási sebességet érzékelnek.

A motort alkotó fehérjék tanulmányozásával Manson azt is megpróbálja meghatározni, hogy egy funkcionális egységben hány komponens található minimálisan. A Texas A&M két csoportjával, Hagan Bayley-vel az Orvosi Biokémiai és Genetikai Tanszéken, valamint Paul Cremerrel a Kémiai Tanszéken dolgozik majd, hogy egy flagelláris motort építsenek a sejten kívül. Bayley és Cremer azon fehérjék tulajdonságait tanulmányozzák, amelyek mesterséges és természetes biológiai membránokká állnak össze.

"Ha fel tudunk szerelni valamilyen légcsavart ezekhez a felújított motorokhoz, és kidolgozunk egy módot, hogy 200 millivoltos elektromos potenciált vezessenek át a membránon az egyirányú protonáramlás meghajtása érdekében, akkor lesz egy irányítható turbinánk" - állítja Manson.."Amellett, hogy ezt a technológiát közvetlenül alkalmazzák a mikrofluidikára vagy az elektromos energia nanoméretű előállítására, lehetséges, hogy a feltárt biomérnöki elveket nem biológiai összefüggések létrehozására is felhasználhatjuk, amelyek a nanotechnológia egy teljesen új korszakát nyitják meg." Manson kicsiben gondolkodik, és egyértelműen büszke rá.

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Rólunk
Olvass tovább

Rólunk

A fishcustomaquariums.com webhelyről

Kapcsolatok
Olvass tovább

Kapcsolatok

A fishcustomaquariums.com oldal elérhetőségei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei
Olvass tovább

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei