细菌重新连接以同步闪光

 作者:巫兕     |      日期:2017-06-15 01:04:05
作者:Linda Geddes一起闪烁的发光细菌正指向由工程细胞制成的植入物,这些细胞可以在一天中的特定时间提供精确剂量的药物或激素这些细菌已被设计成以同步脉冲发荧光,产生发光波 - 但研究人员并未追踪生物灯光这一壮举原则上证明细胞的活动可以人为地协调,因此它们不再孤立地工作除了提供药物的新方法之外,控制细胞之间的同步性还可以提供对睡眠,学习和脑疾病(如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症)的新见解,这些疾病被认为是在神经元之间的同步异常时发生的 “这是分子钟设计的一次重大飞跃,”苏黎世瑞士联邦理工学院的Martin Fussenegger说道,他撰写了一篇关于自然研究的评论,但没有参与这项研究 “这项技术类似于将全世界的交通信号灯设计为同步闪烁”细菌之前已被设计为具有合成开关,可以开启和关闭其活动但是这些开关只能在单个细菌中起作用 - 没有办法同时协调成千上万的活动现在,加州大学圣地亚哥分校的杰夫·赫斯特和他的同事们采用了一种自然通讯系统的元素,这种系统被称为群体感应的细菌和粘液霉菌用于创造同步闪烁的工程菌群体感应使细菌在达到临界密度后能够改变其行为例如,在高密度下,生活在鱿鱼皮上的细菌Vibrio fischeri开始点亮,有助于伪装鱿鱼,但生活在孤立的V. fischeri不会发光,从而节省了游泳的能量细菌可以协同作用,因为它们经常将称为自诱导剂的分子释放到它们的环境中在低细菌密度下,这没有任何作用,但是在足够高的密度下,化学物质会积聚,从而引发所有细菌的反应 Hasty和他的同事们设计了类似的能力进入大肠杆菌,它不会自然发光使用基因工程,他们重新启动大肠杆菌,以表达三种蛋白质,响应一种称为AHL的自诱导剂:一种产生更多AHL的酶,一种荧光蛋白和一种化学“关闭开关”,一旦AHL到达就可以关闭所有三种蛋白质的表达一定的浓度然后将工程化的大肠杆菌培养在不同大小的室中,使不同密度的细胞积累在低密度下,细菌产生AHL,但没有其他三种蛋白质在更高的密度下,AHL开始在细胞内积累,触发正反馈回路,促使细菌产生更多的AHL并开始制造另外两种蛋白质这使细菌发光,直到足够的“关闭开关”化学物质积聚以关闭系统结果是细菌闪烁,但各自都有自己的节奏然而,一旦菌落达到甚至更高的临界密度,足够的AHL积聚在细胞外,形成一个池,所有的细菌从中获取它们的线索此时,细菌发光变得同步,产生穿过细菌菌落的光波调节腔室内的温度,化学成分或其他条件改变了波的频率和振幅该技术的一种应用可能在于由工程细胞制成的植入物,其将响应于血糖水平的变化递送胰岛素脉冲 “他们已经表明,原则上我们可以对可能进入人体的细菌进行编程,并将其设置为定期给药装置,”马萨诸塞州波士顿市Wyss生物启发工程研究所的James Collins说 10年前大肠杆菌中的第一个遗传“切换开关” Fussenegger补充说,更好地理解细胞群如何协调和保持时间,这也可以帮助我们理解人类大脑中的类似过程,例如控制睡眠和醒来的昼夜节律然而,“它仍然是在哺乳动物细胞中做到这一步的又一步”,他说期刊参考文献:Nature,DOIs:0110.1038 / 463301a和10.1038 / nature08753关于这些主题的更多信息: