Forskere har konvertert en gjeng mikrober til det de har kalt "verdens minste båndopptaker:" Ved å tulle med genene fra en vanlig laboratoriestamme avEscherichia coli bakterie, forskere sier at de har vært i stand til å lokke bakteriene til å ikke bare logge interaksjonene sine med miljøet, men også tidsstempelere disse forekomstene.
Disse bittesmå "båndopptakerne" - som ble detaljert beskrevet i en ny studie publisert 23. november i tidsskriftet Science - kan bidra til å underbygge en ny klasse av teknologier som bruker bakterieceller for å diagnostisere sykdom eller overvåke skift i miljøet, alt uten å forstyrre omgivelsene .
"Slike bakterier, svelget av en pasient, kan være i stand til å registrere endringene de opplever gjennom hele fordøyelseskanalen, og gi et enestående syn på tidligere utilgjengelige fenomener," har seniorstudieforfatter Harris Wang, adjunkt i institutt for systembiologi ved Columbia University Medical Center, sa det i en uttalelse.
Teknologien bak båndopptakerne er det populære genredigeringsverktøyet, CRISPR. Verktøyet, som gjør det mulig for forskere å snuppe ut DNA-sekvenser og erstatte det med spesifikt genetisk materiale, ble opprinnelig oppdaget i bakterier. CRISPR er en del av immunsystemet til visse bakterier - det kan kopiere DNA-fragmenter fra invaderende virus slik at fremtidige generasjoner av bakterier kan gjenkjenne og avvise påfølgende angrep.
"Systemet er et naturlig biologisk minneenhet," sa Wang. "Fra et ingeniørperspektiv som faktisk er ganske fint, fordi det allerede er et system som har blitt slått sammen gjennom evolusjonen for å være virkelig god til å lagre informasjon."
Teamets mikroskopiske opptaker består av et par genbærende strukturer kjent som plasmider. Det første, et "timing" -plasmid, markerer tid ved å uttrykke visse DNA-molekyler, kalt nukleotider, i CRISPR-regionen i bakteriens DNA. Det andre plasmidet er modifisert for å lage flere kopier av seg selv, men bare som svar på et eksternt signal. Resultatet er et lappeteppe av bakgrunnssekvenser som registrerer tid og signalsekvenser som settes inn som svar på endringer i cellens miljø.
Hvis det høres komplisert ut, tenk på det slik: Timingsplasmidet skriver ut en "A" med mellomrom. Hvis det ikke er noe "eksternt signal", ville forskerne bare se denne strengen av A-er. Men hvis det andre plasmidet slås på av et eksternt signal, vil det sette stempelet inn i strengen til A-ene. Basert på hvor i den strengen den andre plasmidenes stempel dukker opp, kan forskerne trekke seg fra når det eksterne signalet fant sted. I likhet med datastripene i et magnetbånd, kan forskere analysere dette ytterligere ved hjelp av beregningsverktøy.
I den nye studien viste forskerne at systemet kan registrere minst tre samtidige signaler i flere dager. Neste trinn er å begrense målene.
"Nå planlegger vi å se på forskjellige markører som kan endres under endringer i naturlige tilstander eller sykdomstilstander, i mage-tarmsystemet eller andre steder," sa Wang.
