En snabb, programmerbar molekylär klocka

En molekylär klocka som tickar bort tiden med en blixt av fluorescerande protein kan utgöra grunden för nya biosensorer. Klockan, eller syntetisk genoscillator, är en bedrift inom syntetisk biologi – ett nystartat område där forskare konstruerar nya biologiska delar till organismer.

UC San Diego bioingenjörer har skapat den första stabila, snabba och programmerbara genetiska klockan som på ett tillförlitligt sätt håller tiden genom att blinka av fluorescerande proteiner inuti E coli celler. Klockans blinkhastighet ändras när temperaturen, energikällan eller andra miljöförhållanden ändras. Här visas ett mikrofluidsystem som kan kontrollera miljöförhållandena E coli celler med stor precision – en av nycklarna till detta framsteg.
Kredit: UC San Diego Jacobs School of Engineering

För att skapa klockan, genetiskt modifierade forskare en molekylär oscillator som består av flera genpromotorer, som slår på gener i närvaro av vissa kemikalier, och gener själva, varav en kodar för ett fluorescerande protein. När det uttrycks i E coli bakterier slår återkopplingssystemet på och av den fluorescerande genen med jämna mellanrum.

Klockans svängningar kan ställas in av den temperatur vid vilken E coli odlas, näringsämnena de får och specifika kemiska triggers. Enligt en tidning som publicerades idag i Natur , de snabbaste svängningarna som forskarna hittills har registrerat är cirka 13 minuter.

On-off-frekvensen kan potentiellt användas för att bestämma nivån av någon giftig kemikalie i miljön, säger Jeff Hasty, en bioingenjör vid UC San Diego, som ledde projektet. Man kunde göra enkla modifieringar så att den svarade på andra kemikalier eller sockerarter.

Enligt ett pressmeddelande från UC San Diego,

Ett nästa steg är att synkronisera klockorna inom ett stort antal av E coli celler så att alla celler i ett provrör skulle blinka unisont. Det här skulle börja likna skapandet av en fascinerande miljösensor, säger Jeff Hasty, professor i bioteknik vid UC San Diego och senior författare om Natur papper. Forskare i hans labb har också utvecklat sofistikerade mikrofluidsystem som kan kontrollera deras miljöförhållanden E coli celler med stor precision. Detta gör det möjligt för bioingenjörerna att spåra exakt vilka miljöförhållanden som påverkar deras klockors blinkhastigheter.

Dölj