Медицинский датчик из бактерии

Медицинский датчик из бактерии

Человеческую кишечную бактерию можно снабдить молекулярно-генетическим устройством, с помощью которого микроб будет запоминать, что происходило в организме хозяина.

Чтобы узнать, что не так у нас со здоровьем, мы измеряем температуру, измеряем давление, сдаём анализы. Чем больше информации получит врач, тем лучше для пациента, но ведь невозможно всё время ходить с градусником или поминутно сдавать кровь. Кроме того, даже самые современные методы диагностики не дают полной картины того, что происходит - какие-то молекулы, которые могли бы указать на нездоровье, остаются незамеченными либо из-за небольшой концентрации, либо из-за того, что они успели появиться и исчезнуть между очередными пробами на анализ.

Поэтому сейчас всё активней предпринимаются попытки разработать такой биосенсор, который можно было бы, грубо говоря, налепить на человека и снимать показания непрерывно, в режиме 24/7. Разумеется, такой сенсор должен быть небольшим, чтобы не причинять никаких неудобств, и при этом достаточно чувствительным. В первую очередь в голову здесь приходит разнообразная микроэлектроника, однако исследователи из Массачусетского технологического института предложили более радикальное и остроумное решение - они попробовали превратить в такой биосенсор кишечную бактерию.

Как ни странно, знаменитая кишечная палочка тут не совсем подходит: в кишечнике её не так много, как бактерий других видов. Сенсором же должен служить такой микроб, который стабильно есть у всех людей и в достаточном количестве. К таким универсальным бактериям относится группа Bacteroides; из них выбрали одну, под названием Bacteroides thetaiotaomicron, которую с помощью молекулярно-генетических манипуляций снабдили способностью запоминать изменения в окружающей среде.

Здесь необходимо сказать, что эта работа является продолжением другой, о которой мы писали в прошлом году, когда та же исследовательская группа под руководством Тимоти Лю (Timothy Lu) сумела превратить бактериальную ДНК в некое подобие жёсткого диска. Генетически модифицированная кишечная палочка получала из внешней среды некий сигнал, который подхватывали специально настроенные на него белки, запускавшие синтез фрагмента ДНК.

Специальный фермент, которым бактерию снабдили загодя, встраивал новосинтезированную ДНК в геном, причём в строго определённое место, заданное самими исследователями. Прочитать эту информацию можно было, секвенировав геном бактерии. Либо, если кусок ДНК встраивался в какой-то важный ген, бактерия сама давала знать о том, что она что-то запомнила - просто потому, что ген со вставкой у неё переставал работать. Например, если встраивание происходило в ген, обеспечивающий устойчивость к антибиотику, то кишечная палочка становилась к нему чувствительной и начинала плохо расти и размножаться.

Тогда в статье в Science авторы писали, что им удалось заставить бактерий запомнить освещение вокруг, а также присутствие в среде двух молекул, производного лактозы и модифицированного антибиотика. Необходимо подчеркнуть, что ни свет, ни использованные вещества сами по себе не смогли бы внести никаких модификаций в ДНК кишечной палочки - у них просто не было мутагенной силы. Однако с помощью молекулярной системы, внедрённой в бактериальную клетку, даже такие «ненавязчивые» сигналы извне смогли оставить свой след в ДНК. Причём измеряя количество клеток в культуре, у которых произошли соответствующие изменения, можно было сделать вывод о том, какой интенсивности был сигнал и как долго он длился.

Медицинские перспективы такой бактерии очевидны: запрограммируйте её чувствовать воспалительные молекулы, или какие-то токсины - и диагностический биосенсор у вас в руках. Но для этого, во-первых, нужна универсальная бактерия - ею, как мы сказали, выбрали B. thetaiotaomicron. Во-вторых, нужно убедиться, что новый кандидат хорошо перенесёт необходимые генетические операции и будет работать как надо.

Очевидно, что здесь главное - чувствительность: сенсор должен чувствовать по возможности мельчайшие изменения измеряемых параметров. В статье в Cell Systems авторы пишут, что им удалось многократно, в сотни и тысячи раз усилить чувствительность B. thetaiotaomicron к определённым сигналам, а также сделать её более устойчивой к антимикробным средствам защиты, которые могут сработать в кишечнике (ведь важное качество микробного сенсора - его более-менее постоянное количество). Четыре разновидности модифицированных бактерий чувствовали четыре разных сигнала, и, что самое главное, они работали в кишечнике у мышей. Почувствовав изменение в биохимии хозяина, бактерии встраивали в свою ДНК фрагмент, который служил знаком того, что в кишечнике что-то произошло - по таким вставкам можно было судить о том, что там за изменения случились и насколько они были сильны.

В этом и заключается главный смысл работы: в том, что сенсорную систему можно внедрить в человеческую бактерию, и что такая бактерия будет работать в организме. Правда, пока таким организмом остаётся мышь, но в ближайшем будущем, надо думать, метод испытают и на людях - хотя сами авторы работы говорят о том, что до клинических испытаний дело дойдёт ещё не скоро.

Саму бактерию хотят заставить чувствовать не один, а несколько сигналов, а в идеале она будет не только диагностировать, но и синтезировать какое-нибудь лекарство, так что в организм можно будет посадить настоящий диагностико-терапевтический модуль. Звучит фантастически, но наука на то и наука, чтобы сказку делать былью.

Newsland.ru

Похожие новости:
В Японии создали медицинский датчик высокой точности
Японские ученые изобрели тонкий липкий датчик, который может быть приклеен на подвижные швы, сердце и другие живые ткани тела. Новое открытие дает возможность имплантировать в организм датчики, которые сложно обнаружить, и позволяет врачам больше ..
2014-12-23 10468 0 Технология
0
Производящие пищу для космонавтов бактерии испытают на орбите
Ученые планируют испытать на околоземной орбите генно-модифицированные бактерии, вырабатывающие сахар — в качестве автономного источника питания для будущих космических полетов. Об этом сообщает New Scientist.Микроорганизмы отправят в полет на немецком спутнике Eu: CROPIS в 2017 году, чтобы проверить, насколько хорошо ..
2015-11-30 4187 0 Технология
0
Ученые создали новый датчик изображения из графена
Группа ученых Наньянского технологического университета (НТУ) (Nanyang Technological University (NTU) в Сингапуре разработала новый датчик изображения из графена который обещает повысить качество изображений, снятых в условиях низкой освещенности. В тестах, он уже доказал, что в 1000 раз более чувствителен ..
2013-06-2 1905 0 Технология
0
Ученые из США создали универсальный антибиотик
Огромное количество антибиотиков, существующих в мире сегодня, обладают одним общим недостатком - бактерии к ним со временем приспосабливаются. Но теперь, похоже, группе исследователей из Северо-восточного университета Бостона в США во главе с профессором Кимом Льюисом, эту проблему удалось решить, разработав универсальный антибиотик, ..
2013-11-14 2235 0 Технология
0
Ученые создали сверхчувствительные сенсоры
Georgia Tech создала точный датчик, который мог бы изменить отношение к устройствам на основе такого рода сенсоров. Датчик из нанопроволоки преобразует давление в свет и может привести к созданию сверхчувствительных устройств с сенсорным управлением. Нанопровода выращивают на пленке из нитрида галлия, при этом ..
2013-08-14 2395 0 Технология
0
Американские биоинженеры создали бактерии-компьютеры
Американские биоинженеры создали бактерии-компьютеры, способные обрабатывать информацию и хранить ее в своем генетическом коде. Они реагируют на входящие из окружающей среды сигналы и выполняют определенные действия, например, вырабатывают белок определенного вида. По сути, новая сложная бактерия является примитивным ..
2013-03-8 2263 0 Технология
0
Бумажные датчики взрывчатки: дешево и эффективно
В Технологическом институте штата Джорджия создан датчик взрывчатки, главное достоинство которого - недостижимая ранее простота и дешевизна производства в сочетании с высокой чувствительностью к ключевым химическим веществам, входящим в состав многих взрывчатых веществ. Ученые добились этого, сделав ..
2011-11-1 2993 0 Технология
0
Бактерии научатся обнаруживать и уничтожать вирусы
Группа сингапурских ученых накануне создала систему программирования микроорганизмов на обнаружение и истребление болезнетворных бактерий. В публикации, размещенной в печатном издании ACS Synthetic Biology, сообщается о том, что биоинженерная технология, которая была с успехом испытана на грызунах, может применяться и для человека. Большинство ..
2013-09-16 1828 0 Технология
0
Ученые разработали микроскопический датчик силы
Физики из России, Белоруссии и Испании разработали микроскопический датчик силы, в своем устройстве использующий углеродные нанотрубки. Описание датчика представлено к публикации в журнале Computational Materials Science, с ее кратким содержанием можно ознакомиться на сайте Московского физико-технического института. Устройство представляет ..
2014-07-01 1993 0 Технология
0
Бактерии превращают сахар в авиационное топливо
Давно забытый бродильный процесс, когда-то применявшийся для преобразования крахмала во взрывчатку, может получить второе рождение. Ученые из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что его можно применять для создания возобновляемого дизельного топлива, используемого транспортными средствами. Этот процесс бактериальной ферментации ..
2012-11-16 2553 0 Технология
0
Созданы антибактериальные зубные импланты
Ученые разработали уникальный материал, уничтожающий до 99% бактерий в ротовой полости. Современная медицина позволяет заменить человеку какие-либо фрагменты тела. Всё это делается с помощью 3D-принтера. Специалисты из нидерландского Университета Гронингена напечатали особые зубные имплантаты, обладающие антибактериальными свойствами. Человек, ..
2015-11-03 2157 0 Технология
1
Трещины в бетоне заделают умные бактерии
Несмотря на высокие характеристики по прочности, при длительной эксплуатации, и особенно в неблагоприятных условиях (например, под воздействием влаги), бетон также подвержен разрушению, как и другие строительные материалы, пишет defconc.ru. Для того, чтобы увеличить его долговечность, ученые из британского университета Бата работают ..
2013-06-19 4787 3 Технология
1
Биотопливо будут делать из старых газет
Проблема переработки макулатуры современной промышленностью решена уже достаточно давно. Однако американские ученые из университета Тулейн нашли возможность использовать этот источник вторсырья еще и в интересах автомобильной промышленности. Группа исследователей университета Тулейн, что в Новом Орлеане, обнаружила в старых ..
2014-08-24 2258 0 Технология
0
Голландец разработал самовосстанавливающийся бетон
Хенк Джонкерс из Делфтского технического университета разработал систему, позволяющую автоматически заделывать трещины в бетоне. При изготовлении в качестве одного из ингредиентов материала используют капсулы, содержащие бактерии и питательные вещества. В обычном состоянии бактерии неактивны. После того как в бетоне ..
2015-05-18 3327 0 Технология
0
Бактерии стали курьерами для доставки радиоактивности в опухоли
Ученые из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке предложили использовать бактерии Listeria monocytogenes для целенаправленной доставки радиоактивных изотопов в раковые клетки. Работа с описанием методики опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а ее краткое содержание приводят Nature ..
2013-04-23 1653 0 Технология
0