2023 Szerző: Sophia Otis | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 01:49
Fényképpapír helyett ártalmatlan, genetikailag módosított E. coli baktériumokat használva, az UCSF és az austini Texasi Egyetem hallgatói elkészítették az első élő bakteriális fényképeket.
A fényképeket úgy hozták létre, hogy fényt vetítettek "biológiai filmre" – a géntechnológiával módosított E. coli milliárdjait, amelyek agar-csészékben, a baktériumok szabványos zselészerű szaporító tápközegében nőnek.
A munka a Nature e heti számában jelent meg (2005. november 24.), amely teljes egészében a szintetikus biológia feltörekvő területének szentelve. Az új terület a kulcsfontosságú tulajdonságokat szabályozó gének azonosítására, majd a mikrobák megtervezésére összpontosít, hogy új kombinációkban aktiválják a géneket, hogy hasznos eszközöket hozzanak létre az orvostudomány és a technológia számára.
A diákok az innovatív bakteriális képeket és egy bakteriális kamerát készítettek az MIT egyetemi géntechnológiás gépek (iGEM) versenyének részeként. A projekt elnyerte a "legjobb részt" a genetikailag módosított fényreceptorért, amelyet az UCSF végzős hallgatói fejlesztettek ki Chris Voigttal, PhD-vel, az UCSF gyógyszerkémiai adjunktusával és a szintetikus biológia vezetőjével.
"Élő fényképeink némileg játékos példái annak, hogy a technológia és az orvostudomány számára igen hasznos eszközöket lehet létrehozni a szintetikus biológia új területén" - mondta Voigt.
"Lényegében úgy alakítottuk ki a hibát, hogy új képességeket adjunk neki azáltal, hogy kombináljuk a benne vagy más organizmusokban már meglévő génalapú készségeket."
A bakteriális fénykép hihetetlenül nagy pontosságú anyagnyomtatást tesz lehetővé, mondta Voigt.
"Becsléseink szerint ezeknek a fényképeknek a felbontása körülbelül 100 megapixel, vagyis körülbelül tízszer jobb, mint a nagy felbontású nyomtatóké. A különbség az, hogy ki tudjuk nyomtatni a génexpressziót." Anselm Levskaya, az UCSF biofizika végzős hallgatója vezette a „hiba felépítésére” irányuló erőfeszítést, míg a Texasi Egyetem csapata kitalálta, hogyan készítsék el a fényképeket. Levskaya a Nature lap vezető szerzője, Voigt pedig a vezető szerző.
"A szekvenált mikrobák növekvő számával átkutathatjuk a természet hatalmas eszköztárát, hogy megtaláljuk azokat, amelyek megfelelnek a feladatnak" - mondta Levskaya. "A mi esetünkben a fényérzékelő tartományok keresése egy fotoszintetikus baktérium használatához vezetett." A diákok szellemszerű, élő fotókat készítettek sok mindenről, köztük magukról és tanácsadóikról.
A számítógép képernyőjén a fehér és fekete között váltó pixelekhez hasonlóan minden baktérium vagy fekete pigmentet termel, vagy nem, attól függően, hogy az edényben sötét vagy világos helyen nőtt. Az eredményül kapott képek a fénymintára reagáló baktériumok összessége.
E. coli az emberi bélrendszer sötét határaiban él, és általában nem érzékeli a fényt, ezért a diákoknak meg kellett tervezniük az egysejtű gépeket, hogy azok fotórögzítő felületként működjenek. Levskaya és Voigt először úgy fejlesztették ki a baktériumokat, hogy érzékeljék a fényt egy fotoszintetikus kék-zöld algából származó fényreceptor fehérje hozzáadásával az E. coli sejtfelszínhez. A mikroba anyagcseréjét úgy módosították, hogy olyan vegyi anyagot hozzon létre, amely lehetővé tette a fehérjeérzékelő számára, hogy fényt lásson új mikrobiális gazdájában.
A fényérzékelőt szintén genetikailag módosították, így a fény kikapcsol egy gént, amely végső soron egy színes vegyület képződését szabályozza.
A tényleges fényképek elkészítéséhez a texasi diákok optimalizálták a pigmenteket és a növekedési táptalajokat, és egy egyedülálló fényvetítőt használtak, amelyet nagyrészt Aaron Chevalier, egy fizikus egyetemista tervezett és épített. Kémiai vegyületet adtak az agarhoz, így a sötétben lévő baktériumok fekete pigmentet termelnek, a fényben lévők pedig nem.
A készülék a fénymintát, például egy személy képét vetíti ki az inkubátorban testhőmérsékleten szaporodó baktériumok edényére. Körülbelül 12-15 órás expozíció után (az az idő, amely alatt a baktériumpopuláció felnövekszik és feltöltődik a Petri-csésze) a fényvetítőt eltávolítják.
Ami maradt, az egy állandó élő fénykép.
Azok a biológiai technológiák, amelyeket ezek a diákok építenek, a fotózáson túl sokféleképpen alkalmazhatók. Például egyes gének műanyagokat termelnek vagy fémeket csapnak ki. E gének fényben történő aktiválásával nagy felbontású anyagokat lehetett nyomtatni. Ezenkívül a gének aktiválása képes megkülönböztetni a sejteket, így egy napon ezt a stratégiát fényminták alapján szövetek felépítésére is használhatják, mondják a tudós-mérnökök.
A tanulók az élő fényképet egy másik innovációs baktériummal követik nyomon, amely képes megtalálni és létrehozni egy vonalat a kép szélei körül. Ez a folyamat megköveteli, hogy a baktériumok kommunikáljanak egymással.
A projekt oktatói tanácsadói a Texas Egyetemen Edward Marcotte, a biokémia adjunktusa és Andrew Ellington, a kémia professzora voltak. További hallgatók és kutatók, akik részt vettek a projektben a Texasi Egyetemen: Laura Lavery, Zachary Booth Simpson, Matthew Levy, Eric Davidson és Alexander Scouras; és Jeff Tabor, az austini Sejt- és Molekuláris Biológiai Intézet doktorandusza.
Voigt emellett a UC Lawrence Berkeley Laboratóriumának szintetikus biológia tanszékének kutatója. Tavaly nyáron nemzetközi konferenciát szervezett a szintetikus biológiáról a National Science Foundation, a UC QB3 intézete, a Lawrence Berkeley Lab és az Oxfordi Egyetem támogatásával:
Voight Lab –
UCSF egy vezető egyetem, amely következetesen meghatározza az egészségügyi ellátást világszerte fejlett orvosbiológiai kutatások elvégzésével, végzős hallgatók oktatásával az élettudományok területén, és komplex betegellátást nyújt.
