Новые методы в био-логике

08.08.201410230

Исследователи из Университета Райса (Rice University) и Медицинского Центра при Университете Канзаса (University of Kansas Medical Center) (США) работают над созданием особых генетических циклов, созданных из частей неродственных бактериальных геномов, которые могли бы выполнять сложные задачи, управляя целыми белковыми блоками. Такие системы позволят ученым, например, получать синтетические клетки для выработки биотоплива, восстановления окружающей среды или лечения заболеваний человека.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Synthetic Biology Американского Химического Общества (American Chemical Society).

Разработку таких сложных генетических логических циклов можно сравнить с таковыми, используемыми при создании обычных компьютеров и электронных устройств. В простом цикле, если присутствуют оба исходных параметра, цикл совершается согласно предписанному порядку. Благодаря тому, что генетические схемы основаны по типу бинарной логики, генетический логический цикл может инициировать создание специфического белка при наличии двух химических соединений, или заставить ДНК клетки подавить создание этого белка.

С развитием соответствующих инструментов для синтетической биологии простые циклы стало создавать проще, но для решения сложных проблем требуются комплексные инструменты.

«Одна из основных целей этой технологии заключается в том, чтобы научить клетки воспринимать и отвечать на сигналы окружающей среды программируемым образом», – говорит Мэтью Беннетт (Matthew Bennett) из Университета Райса, доцент биохимии и клеточной биологии.

«В настоящее время одним из основных применяемых способов являются транскрипционные логические «ворота». Они сходны с электронными цепями – логическими путями в наших компьютерах. В клетках механизм работает немного иначе, но параллелей множество», – рассказывает Беннетт.

Логические ворота, созданные группой Беннетта и другими сотрудниками, реагируют запрограммированным способом на получение сигнала от своего непосредственного окружения. Например, если в среде присутствует определенная комбинация веществ, логические ворота запустят цепь событий, приводящую к активации гена, подавляющего или усиливающего экспрессию специфического белка.

«Мы сможем использовать клетки для получения информации о загрязнении окружающей среды или ее восстановлении. Мы сможем программировать клетки на поиск опухоли в организме и ответ на нее. Для этого нам необходимо иметь возможность «настроить» клетки на чувствительность к факторам опухоли и, в зависимости от обнаруженного соединения, отвечать соответствующим образом», - объясняет Беннетт.

«Для того чтобы запрограммировать клетки на более четкое и эффективное функционирование, была проделана большая работа в области синтетической биологии, – говорит Беннетт, – Именно о ней рассказывается в статье. Мы нашли новый путь создания модульной и простой в использовании генетической системы для создания высокочувствительной «транскрипционной логики».

Исследование, проведенное под руководством выпускника Университета Райса Дэвида Шиса (David Shis), возникло на основе генетического арсенала химерных (состоящих из разных частей) транскрипционных факторов – белков, контролирующих транскрипцию генов путем связывания со специфичными участками ДНК. Химерные транскрипционные факторы объединяют в себе генорегулирующую способность одного транскрипционного фактора и чувствительность другого. Исследователи продемонстрировали, что четыре химеры с одинаковыми ДНК-связывающими модулями могут совместно работать и служить «воротами» с множеством исходных параметров, как подавляя, так и снимая подавление специфических генов. Исследователи успешно протестировали химерные комбинации в кишечной палочке (Escherichia coli) на способность к ап- и даун-регуляции гена, кодирующего зеленый флуоресцентный белок.

«Синтетическая биология способна будет решить множество задач», - заключает Беннетт.

По материалам Rice University

Оригинальная статья:
David L. Shis, Faiza Hussain, Sarah Meinhardt, Liskin Swint-Kruse, Matthew R. Bennett. Modular, Multi-Input Transcriptional Logic Gating with Orthogonal LacI/GalR Family Chimeras. ACS Synthetic Biology, 2014; 140728104557004 DOI: 10.1021/sb500262f


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей