Znajdź zawartość

Komercyjne systemy pozwalające na precyzyjną regulację aktywności (ekspresji) genów są zwykle niezwykle drogie. Istnieją jednak znacznie prostsze rozwiązania, o czym świadczy wynalazek opracowany na University of California. Prototyp ten nie tylko radzi sobie doskonale z kontrolowaniem aktywności metabolizmu bakterii w zależności od ich położenia na płytce hodowlanej, lecz także, co najważniejsze, oparty jest o... drukarkę wartą ok. 100 dolarów. Nowatorską maszynę opisali na łamach czasopisma PLoS ONE Daniel Cohen oraz Michel Maharbiz. Sercem urządzenia jest popularna drukarka atramentowa Epson R280, zaś organizmem modyfikowanym z jej wykorzystaniem były pospolite bakterie Escherichia coli. Metabolizm bakterii modyfikowano z wykorzystaniem tzw. operonu laktozowego. Jest to układ kilku ściśle współpracujących ze sobą genów, pozwalających bakterii na dostosowanie ilości wytwarzanych enzymów do stężenia dwóch ważnych cukrów, glukozy oraz laktozy, w otoczeniu. Operon laktozowy reaguje osobno na stężenie obu węglowodanów. Preferowanym pokarmem jest glukoza - enzymy potrzebne do jej wykorzystania wytwarzane są zawsze wtedy, gdy cukier ten znajduje się w otoczeniu bakterii. Dzieje się tak nawet wtedy, gdy pożywka zawiera oba cukry jednocześnie, obecność glukozy powoduje bowiem zablokowanie produkcji białek rozkładających cukier mleczny. Jeżeli jednak laktoza jest dostępna, a dostęp do glukozy jest ograniczony, bakteria "przestawia się" na konsumpcję laktozy, zaś enzymy odpowiedzialne za przetwarzanie glukozy nie są syntetyzowane. Operon może też zostać całkowicie wyłączony - dzieje się tak w przypadku braku obu cukrów w środowisku. Aby wpływać na działanie operonu laktozowego, Cohen i Maharbiz zmodyfikowali drukarkę i dostosowali ją do "plucia" roztworami obu badanych cukrów. Aby wytworzyć dwuwymiarową mapę rozkładu tych substancji na płytce hodowlanej, badacze użyli kolejnego popularnego narzędzia - programu Adobe Photoshop (oczywiście możliwe byłoby też wykorzystanie prostszych aplikacji). Po 15 godzinach od "drukowania" bakterie poddano obserwacji. Jak się okazało, badaczom udało się wytworzyć na płytce oddzielne strefy, w których bakterie dostosowywały swój metabolizm do rodzaju nałożonego w danym miejscu pokarmu. Jednocześnie na granicach pomiędzy poszczególnymi sektorami zaobserwowano interesujące, dynamicznie zmieniające się zachowanie bakterii, świadczące o mieszaniu się roztworów obu węglowodanów. Eksperyment zaprojektowany przez Cohena i Maharbiza to tylko skromny przykład możliwości opracowanego przez nich systemu. Bardzo podobne rozwiązania mogą już niedługo posłużyć np. do precyzyjnej kontroli ekspresji genów w hodowlach komórek ssaków. Można by w ten sposób dokładnie sterować genetycznym programem rozwoju pojedynczych komórek rozwijającej się tkanki. Możliwe zastosowania takiej metody byłyby wprost nieograniczone.