Der weltweit kleinste Kassettenrecorder ist lebendig

Wissenschaftler haben eine Reihe von Mikroben in das, was sie als "das kleinste Tonbandgerät der Welt" bezeichnet haben, umgewandelt: Indem sie mit den Genen eines gewöhnlichen Laborstammes von Escherichia coli Bakterien, Forscher sagen, dass sie in der Lage gewesen sind, die Bakterien dazu zu bringen, nicht nur ihre Interaktionen mit der Umwelt zu protokollieren, sondern diese Ereignisse auch zeitlich zu stempeln.

Diese winzigen "Tape Recorder", die in einer neuen, am 23. November in der Zeitschrift Science veröffentlichten Studie ausführlich beschrieben wurden, können helfen, eine neue Klasse von Technologien zu unterstützen, die Bakterienzellen verwenden, um Krankheiten zu diagnostizieren oder Veränderungen in der Umwelt zu überwachen, ohne ihre Umgebung zu stören .

"Solche Bakterien, die von einem Patienten geschluckt werden, könnten die Veränderungen, die sie durch den gesamten Verdauungstrakt erfahren, aufzeichnen und so eine bislang unerreichte Sichtweise auf bisher unzugängliche Phänomene bieten", betont Studienautor Harris Wang, Assistenzprofessor in der Abteilung Systembiologie bei Columbia University Medical Center, sagte in einer Erklärung.

Die Technologie hinter den Kassettenrecordern ist das beliebte Gen-Editing-Tool CRISPR. Das Werkzeug, das Wissenschaftlern erlaubt, DNA-Sequenzen im Wesentlichen herauszuschneiden und durch spezifisches genetisches Material zu ersetzen, wurde ursprünglich in Bakterien entdeckt. CRISPR ist Teil des Immunsystems bestimmter Bakterien - es kann DNA-Schnipsel von eindringenden Viren kopieren, damit zukünftige Generationen von Bakterien nachfolgende Angriffe erkennen und zurückweisen können. [10 Erstaunliche Dinge, die Wissenschaftler gerade mit CRISPR gemacht haben]

"Das [CRISPR] -System ist ein natürliches biologisches Speichergerät", sagte Wang. "Aus technischer Sicht ist das eigentlich ganz nett, denn es ist bereits ein System, das durch Evolution weiterentwickelt wurde, um wirklich großartig Informationen zu speichern."

Der mikroskopische Recorder des Teams besteht aus einem Paar Gen-tragenden Strukturen, die als Plasmide bekannt sind. Das erste, ein "Timing" -Plasmid, markiert die Zeit, indem es bestimmte DNA-Moleküle, sogenannte Nukleotide, in der CRISPR-Region der DNA des Bakteriums exprimiert. Das andere Plasmid wird modifiziert, um mehr Kopien von sich selbst zu erzeugen, jedoch nur in Reaktion auf ein externes Signal. Das Ergebnis ist ein Patchwork von Hintergrundsequenzen, die Zeit- und Signalsequenzen aufzeichnen, die als Reaktion auf Änderungen in der Zellumgebung eingefügt werden.

Wenn das kompliziert klingt, denken Sie daran: Das Zeitplasmid druckt ein "A" in Zeitabständen. Wenn es kein "externes Signal" gibt, würden die Wissenschaftler nur diese A-Kette sehen. Wenn jedoch das zweite Plasmid durch ein externes Signal angeschaltet wird, fügt es seinen Stempel in die Kette von A ein. Anhand dessen, wo in dieser Kette der Stempel der zweiten Plasmide auftaucht, können die Wissenschaftler ableiten, wann das externe Signal stattgefunden hat. Wie die Streifen von Daten auf einem Magnetband können Wissenschaftler dies mit Hilfe von Rechenwerkzeugen weiter analysieren.

In der neuen Studie zeigten die Forscher, dass das System mindestens drei simultane Signale für mehrere Tage aufzeichnen kann. Der nächste Schritt besteht darin, die Ziele einzugrenzen.

"Jetzt planen wir, verschiedene Marker zu betrachten, die sich bei Veränderungen in natürlichen oder Krankheitszuständen, im Magen-Darm-System oder anderswo verändern könnten", sagte Wang.

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