Wissenschaftler haben eine Reihe von Mikroben in das umgewandelt, was sie als "kleinstes Tonbandgerät der Welt" bezeichnet haben: Durch Basteln an den Genen eines gewöhnlichen Laborstamms vonEscherichia coli Bakterien, Forscher sagen, dass sie in der Lage waren, die Bakterien dazu zu bringen, nicht nur ihre Interaktionen mit der Umwelt zu protokollieren, sondern auch diese Ereignisse mit einem Zeitstempel zu versehen.
Diese winzigen "Tonbandgeräte", die in einer neuen Studie, die am 23. November in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, detailliert beschrieben wurden, können dazu beitragen, eine neue Klasse von Technologien zu untermauern, die Bakterienzellen zur Diagnose von Krankheiten oder zur Überwachung von Umweltverschiebungen verwenden, ohne ihre Umgebung zu stören .
"Solche Bakterien, die von einem Patienten verschluckt werden, können möglicherweise die Veränderungen aufzeichnen, die sie im gesamten Verdauungstrakt erfahren, und bieten eine beispiellose Sicht auf bisher unzugängliche Phänomene", so der leitende Studienautor Harris Wang, Assistenzprofessor an der Abteilung für Systembiologie bei Columbia University Medical Center, sagte in einer Erklärung.
Die Technologie hinter den Tonbandgeräten ist das beliebte Gen-Editing-Tool CRISPR. Das Tool, mit dem Wissenschaftler im Wesentlichen DNA-Sequenzen herausschneiden und durch spezifisches genetisches Material ersetzen können, wurde ursprünglich in Bakterien entdeckt. CRISPR ist Teil des Immunsystems bestimmter Bakterien - es kann DNA-Schnipsel von eindringenden Viren kopieren, sodass zukünftige Generationen von Bakterien nachfolgende Angriffe erkennen und zurückweisen können.
"Das System ist ein natürliches biologisches Gedächtnisgerät", sagte Wang. "Aus technischer Sicht ist das eigentlich ganz nett, denn es ist bereits ein System, das durch Evolution weiterentwickelt wurde, um Informationen wirklich gut zu speichern."
Der mikroskopische Rekorder des Teams besteht aus einem Paar von Gentragestrukturen, die als Plasmide bekannt sind. Das erste, ein "Timing" -Plasmid, markiert die Zeit durch Expression bestimmter DNA-Moleküle, die als Nukleotide bezeichnet werden, in der CRISPR-Region der DNA des Bakteriums. Das andere Plasmid wird modifiziert, um mehr Kopien von sich selbst zu erzeugen, jedoch nur als Reaktion auf ein externes Signal. Das Ergebnis ist ein Patchwork aus Hintergrundsequenzen, die Zeit- und Signalsequenzen aufzeichnen, die als Reaktion auf Änderungen in der Zellenumgebung eingefügt werden.
Wenn das kompliziert klingt, stellen Sie sich das so vor: Das Timing-Plasmid druckt in zeitlichen Abständen ein "A". Wenn es kein "externes Signal" gibt, würden die Wissenschaftler nur diese Folge von A sehen. Wenn das zweite Plasmid jedoch durch ein externes Signal eingeschaltet wird, fügt es seinen Stempel in die Zeichenfolge von A ein. Anhand der Stelle, an der in dieser Zeichenfolge der Stempel der zweiten Plasmide angezeigt wird, können die Wissenschaftler ableiten, wann das externe Signal stattgefunden hat. Wie die Datenstreifen in einem Magnetband können Wissenschaftler dies mit Hilfe von Rechenwerkzeugen weiter analysieren.
In der neuen Studie zeigten die Forscher, dass das System mehrere Tage lang mindestens drei Signale gleichzeitig aufzeichnen kann. Der nächste Schritt besteht darin, die Ziele einzugrenzen.
"Jetzt planen wir, verschiedene Marker zu untersuchen, die bei Veränderungen des natürlichen Zustands oder des Krankheitszustands, im Magen-Darm-System oder anderswo verändert werden könnten", sagte Wang.
