Nova tehnika pisanja DNK, ki ga raziskovalci imenujejo HiSCRIBE, je veliko učinkovitejši od prej razvitih sistemov za urejanje DNK v bakterijah, ki je imel uspeh le približno 1 od 10, 000 celic na generacijo. V novi študiji je raziskovalci so pokazali, da bi lahko ta pristop uporabili za shranjevanje spomina na celične interakcije ali prostorsko lokacijo.
Ta tehnika bi lahko omogočila tudi selektivno urejanje, aktivirati, ali utišanje genov pri nekaterih vrstah bakterij, ki živijo v naravni skupnosti, kot je človeški mikrobiom, pravijo raziskovalci.
S tem novim sistemom za zapisovanje DNK lahko natančno in učinkovito urejamo bakterijske genome brez potrebe po kakršni koli obliki selekcije, znotraj kompleksnih bakterijskih ekosistemov. To nam omogoča, da izvajamo urejanje genoma in zapis DNK zunaj laboratorijskih nastavitev, ali naj sproži bakterije, optimizirati zanimive lastnosti in situ, ali preučiti evolucijsko dinamiko in interakcije v populaciji bakterij. "
Fahim Farzadfard, nekdanji podoktor MIT in glavni avtor prispevka
Timothy Lu, izredni profesor za elektrotehniko in računalništvo ter biološki inženiring na MIT, je višji avtor študije, ki se danes pojavlja v Celični sistemi . Nava Gharaei, nekdanji podiplomski študent na univerzi Harvard, in Robert Citorik, nekdanji podiplomski študent MIT, so tudi avtorji študije.
Že nekaj let, Lu -ov laboratorij se ukvarja z načini uporabe DNK za shranjevanje informacij, kot je spomin na celične dogodke. Leta 2014 je on in Farzadfard sta razvila način uporabe bakterij kot "genomskega magnetofona", "inženiring E. coli za shranjevanje dolgoročnih spominov na dogodke, kot je kemična izpostavljenost.
Da bi to dosegli, raziskovalci so celice izdelali za proizvodnjo encima reverzne transkriptaze, imenovanega retron, ki proizvaja enoverižno DNA (ssDNA), ko se izraža v celicah, in encim rekombinazo, ki lahko v ciljno mesto v genomu vstavi ("napiše") določeno zaporedje enoverižne DNA. Ta DNA nastane le, če se aktivira s prisotnostjo vnaprej določene molekule ali druge vrste vnosa, kot je svetloba. Po izdelavi DNK rekombinaza vstavi DNA v vnaprej programirano mesto, ki je lahko kjerkoli v genomu.
Ta tehnika, ki so ga raziskovalci poimenovali SCRIBE, imel relativno nizko učinkovitost pisanja. V vsaki generaciji od 10, 000 E. coli celice, le eden bi pridobil novo DNK, ki so jo raziskovalci poskušali vključiti v celice. To je deloma zato, ker E. coli imajo celične mehanizme, ki preprečujejo kopičenje enoverižne DNA in vključitev v njihove genome.
V novi študiji je raziskovalci so poskušali povečati učinkovitost procesa z odpravo nekaterih E. coli obrambni mehanizmi pred enoverižno DNK. Prvič, onemogočili encime, imenovane eksonukleaze, ki razgrajujejo enoverižno DNK. Izločili so tudi gene, vključene v sistem, imenovan popravilo neusklajenosti, ki običajno preprečuje integracijo enoverižne DNA v genom.
S temi spremembami je raziskovalcem je uspelo doseči skoraj univerzalno vključitev genetskih sprememb, ki so jih poskušali uvesti, ustvarjanje neprimerljivega in učinkovitega načina za urejanje bakterijskih genomov brez potrebe po izbiri.
"Zaradi tega izboljšanja je uspeli smo narediti nekaj aplikacij, ki jih nismo mogli narediti s prejšnjo generacijo SCRIBE ali z drugimi tehnologijami za zapisovanje DNK, "Pravi Farzadfard.
V svoji študiji iz leta 2014 so raziskovalci so pokazali, da bi lahko s pomočjo SCRIBE zabeležili trajanje in intenzivnost izpostavljenosti določeni molekuli. Z novim sistemom HiSCRIBE, lahko izsledijo te vrste izpostavljenosti in dodatne vrste dogodkov, na primer interakcije med celicami.
Kot en primer, raziskovalci so pokazali, da lahko sledijo procesu, imenovanemu konjugacija bakterij, med katerim bakterije izmenjajo koščke DNK. Z vključitvijo "črtne kode" DNK v genom vsake celice, ki se nato lahko zamenjajo z drugimi celicami, raziskovalci lahko določijo, katere celice so medsebojno delovale, tako da sekvencirajo svojo DNK, da vidijo, katere črtne kode nosijo.
Tovrstno kartiranje bi lahko raziskovalcem pomagalo preučiti, kako bakterije med seboj komunicirajo v agregatih, kot so biofilmi. Če bi lahko podoben pristop uporabili v celicah sesalcev, nekoč bi ga lahko uporabili za preslikavo interakcij med drugimi vrstami celic, kot so nevroni, Farzadfard pravi. Virusi, ki lahko prečkajo nevronske sinapse, bi lahko bili programirani za prenos črtnih kod DNK, ki bi jih raziskovalci lahko uporabili za sledenje povezavam med nevroni, ponuja nov način za kartiranje možganskega povezovanja.
"DNK uporabljamo kot mehanizem za beleženje prostorskih informacij o medsebojnem delovanju bakterijskih celic, in morda v prihodnosti, označeni nevroni, "Pravi Farzadfard.
Raziskovalci so tudi pokazali, da bi lahko s to tehniko posebej uredili genom ene vrste bakterij v skupnosti številnih vrst. V tem primeru, predstavili so gen za encim, ki razgrajuje galaktozo E. coli celice, ki rastejo v kulturi z več drugimi vrstami bakterij.
Tovrstno urejanje, ki je selektivno za vrste, bi lahko ponudilo nov način, da bi bakterije, odporne proti antibiotikom, postale bolj dovzetne za obstoječa zdravila z utišanjem njihovih genov za odpornost, pravijo raziskovalci. Vendar pa takšno zdravljenje bi verjetno zahtevalo več let več let raziskav, pravijo.
Raziskovalci so tudi pokazali, da bi lahko s to tehniko ustvarili sintetični ekosistem iz bakterij in bakteriofagov, ki lahko neprestano prepisuje določene segmente svojega genoma in se razvija avtonomno s hitrostjo, ki bi bila višja od naravne evolucije. V tem primeru, uspeli so optimizirati sposobnost celic, da porabijo porabo laktoze.
"Ta pristop bi lahko uporabili za evolucijski inženiring celičnih lastnosti, ali v poskusnih evolucijskih študijah, ki vam omogočajo, da vedno znova predvajate trak evolucije, "Pravi Farzadfard.
Formula na osnovi kozjega mleka je dobra za zdravje črevesja dojenčkov
Neil Bell imenovan za glavnega razvojnega direktorja Avacta Life Sciences
Odpiranje ozkega požiralnika
Rastlinska hrana lahko na človeka prenaša odporne bakterije, odporne na antibiotike
Vaginalne bakterije, povezane s prezgodnjim porodom
Prehrana in prehrana vplivata na mikrobiom v sluznici debelega črevesa
Zamenjava rdečega mesa za mesne alternative rastlinskega izvora zmanjšuje tveganje za srčno-žilne bolezni
Bolezni srca in ožilja so krovni izraz, ki se uporablja za opredelitev stanj, ki vplivajo na srce in ožilje, in je običajno povezan s kopičenjem maščobnih oblog in povečanim tveganjem za nastanek krvn
Veganska prehrana bi lahko povečala črevesne mikrobe, ki pomagajo pri izgubi teže
Prehod na vegansko prehrano bi lahko ljudem pomagal izgubiti skoraj en kilogram teže vsak teden in znatno zmanjšal tveganje za sladkorno bolezen, glede na študijo, ki je bila nedavno predstavljena na
Hitra hrana je lahko glavni krivec za najstniško depresijo
Zakaj je depresija tako vse večji problem med najstniki v Ameriki? Eden od odgovorov je, kakšno hrano jedo, po novi študiji raziskovalcev na Univerzi v Alabami v Birminghamu. Najstniška depresija je