211service.com
Bisarra bakterieskapelser
Alla som någonsin har luktat E coli bakterier vet att de luktar illa. Sjukt dåligt. Så en grupp studenter bioingenjörer vid MIT satte sig för att söta doften av denna vanligt förekommande labbbakterie. Teamet konstruerade sin skapelse från en samling biologiska delar - bitar av DNA som, när de sätts in i levande organismer, kan få organismerna att glöda, upptäcka ljus och utföra ett antal andra ovanliga funktioner. Teamet kommer att visa upp sin väldoftande insekt i helgen kl den internationella genmanipulerade maskinen konkurrens (iGEM) på MIT, tillsammans med 37 andra studentgrupper från hela världen.
E. coli-bakterier konstruerade för att lukta mogna bananer är bara en av de designade biologiska enheterna som presenteras vid helgens syntetiska biologitävling. (Kredit: Istockphoto/Douglas Freer)
Även om projekten till stor del utförs av studenter (med vägledning från lärare och doktorander), representerar designen några av de mest komplexa biologiskt konstruerade maskinerna hittills - och de lovar att främja området syntetisk biologi, en nytillkommande disciplin som ser på levande system ur ingenjörssynpunkt.
MIT-teamet, till exempel, slänger ut galna applikationer för sin teknik: mintfärsk fotsvamp eller bagerijäst som luktar bananer. Men dess verkliga mål är konstruktionen av funktionella biologiska delar. Nyckelidén här är att utveckla ett bibliotek med komponerbara delar som vi tänker på på samma sätt som legoklossar, säger Tom Knight, en ingenjör vid MIT som grundade tävlingen tillsammans med MIT bioingenjör Drew Endy . (Båda ger råd till MIT-teamet.) Dessa delar kan sättas ihop till mer komplexa delar, som i många fall är funktionella när de sätts in i levande celler.
För att skapa doftbakterierna letade eleverna efter olika gener som omvandlar kemikalier naturligt tillverkade av bakterier till kemiska prekursorer för aromatiska föreningar, såväl som gener som omvandlar prekursorerna till själva aromaterna – metylsalicylat, allmänt känt som vintergrönsolja, och isoamylacetat, en del av lukten av mogen banan. Generna kopplades sedan till genetiska kontroller, så kallade promotorer, som bestämmer när och var den genen är påslagen. En gen från en växt, till exempel, kan kontrolleras av en promotor från bakterier.
De olika DNA-komponenterna, som samlats in från andra forskare och från ett genetiskt arkiv inrymt vid MIT, bäddades sedan in i en cirkulär sträng av DNA och infogades i bakterier. Slutresultatet är en ny stam av E coli som doftar mynta och bananer. Teamet eliminerade också genen ansvarig för E coli naturliga stank.
Ett av de viktigaste målen för tävlingen är att lagra hyllorna på Register över biologiska standarddelar , ett slags järnaffär av genetiska delar inrymt på MIT. Tanken är att standardisera delar och sättet de sätts ihop, på samma sätt som elektriska och mekaniska delar standardiseras, säger Knight. Och att kunna ge människor en rimlig försäkran om att delarna, när de sätts ihop, kommer att fungera som de var designade för. Under projektets gång har MIT-teamet deponerat ett dussin nytillverkade delar i registret för användning av andra medlemmar av den syntetiska biologin.
När antalet och komplexiteten hos delarna växer kan både studenter och industri- och akademiska forskare göra allt mer komplicerade konstruktioner. Maskinerna som deltog i iGEM-tävlingen 2006 har fördubblats i storlek under de senaste två åren, från cirka 6 000 till 12 000 DNA-bokstäver. Dessa [projekt] representerar de största designade genetiska systemen som någonsin har utvecklats, säger Chris Voigt , en bioingenjör vid University of California, San Francisco, som ger råd till ett av studentteamen. Att förstå hur man pressar storleken och komplexiteten hos dessa system är vad som kommer att ha en inverkan.
Bidragen i årets tävling kommer från så långt borta som Afrika och Japan, och kommer att innehålla en rad konstiga skapelser. Vissa är praktiska, till exempel en biosensor som kan detektera arsenikkoncentrationer för användning i förorenade brunnar. Andra är mer nyckfulla, som en bakteriell nattlampa som lyser när det blir mörkt. Den märkligaste skapelsen är kanske inträdet från Universitetet i Freiberg , i Tyskland: en mikroskopisk, DNA-baserad klädlinje, döpt till Barbie Nanoatelier av teamet.