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:
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 3846 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 1852 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 1830 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 1456 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 2063 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 1815 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 4041 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 1862 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 2235 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 1298 0 Технология
0
Изобретен самовосстанавливающийся бетон без трещин
Алан Ричардсон, ученый из Университета Нортумбрии в Великобритании предложил использовать для получения кальцита (кристаллической формы природного карбоната кальция) бактерии Bacilli megaterium. Это вещество может быть использовано для блокирования читать далее...Источник: pronowosti.ru ..
2012-05-3 2065 0 Технология
-1
С вирусом Эбола будет бороться робот
В борьбу против вируса Эбола подключили нового участника. Речь идет о роботе, известном как «Маленький Мо», он может убивать все вирусы и бактерии за две минуты. Этого робота используют более чем в 250 больницах США, в том числе одного в Далласе, там его начали использовать впервые ..
2014-10-11 1734 0 Технология
0
Ученые предложили взрывать бактерии при помощи наночастиц
Физики и химики из Дании, Бразилии и США предложили новый способ уничтожения бактериальных клеток. По мнению специалистов, их можно взрывать с помощью специальных наночастиц. Результаты исследований авторов доступны в форме препринта в каталоге arXiv.org, а кратко с ними можно ознакомится на сайте ..
2014-09-04 1769 0 Технология
0
Израильская разработка - бактерии-саперы
Могут ли бактерии помочь в обнаружении мин и взрывных устройств? Компания Rafael, занимающаяся среди прочего разработкой био-сенсоров, работает над созданием датчиков, работа которых основана на "модифицированных бактериях". Работа над этим проектом началась примерно два года назад при поддержке и финансировании ..
2011-11-29 1687 0 Технология
0
Биологи создали "идеальный" микроб с простейшим набором генов
Биологи создали микроб Syn 3.0, ДНК которого включает в себя всего 473 гена, при этом предназначение 149 из них на данный момент неизвестно. Для сравнения, которое приводит ZN,ua, человеческий геном включает в себя 20-25 тысяч генов, а микроб Mycoplasma genitalium содержит всего ..
2016-03-28 1547 0 Технология
0