Но теперь, команда исследователей в Институте Wyss Биологически Вдохновленной Разработки в Гарвардском университете и Harvard Medical School (HMS) во главе с Джорджем Черчем, доктором философии, разработала новый метод для разработки широкий диапазон биодатчиков, чтобы обнаружить и сигнализировать фактически о любом желаемом использовании молекулы, живущем эукариотические клетки. Черч, который является Основным Преподавателем Wyss и профессором Роберта Винтропа Генетики в HMS и его командой, сообщил об их результатах в iLife журнала.
Чтобы проверить их новый метод, команда экспериментально спроектировала дрожжи, завод и клетки млекопитающих, чтобы содержать настраиваемые связывающие лиганд области (LBDs), которые являются рецепторами для гормонов и других типов маленьких молекул. Они таможенные LBDs скроены так, чтобы они только связали и «обнаружили» определенную молекулу интереса, такого как человеческий гормональный прогестерон или дигоксин препарата. Как только LBD связывает с целевой молекулой, вторичный компонент «сигнала», сплавленный к LBD, может быть запрограммирован, чтобы испустить флюоресценцию или отрегулировать экспрессию гена.
Компоненты этого биодатчика – LBD в сочетании с флуоресцентным или генетическим сигналом – ухудшаются и исчезают, если целевая молекула не определена.Поразительно, команда успешно спроектировала заводы Arabidopsis, чтобы действовать как многоклеточные ботанические биодатчики, содержа таможенный LBD, чтобы признать, что дигоксин препарата и люминесцентный белок сигнала излучают свет, когда дигоксин «обнаружен». Эти биодатчики Arabidopsis испустили флюоресценцию, когда заводы были подвергнуты дигоксину, доказав, что целые организмы могут визуально осветить, чтобы сигнализировать об обнаружении произвольной молекулы.«Как много эукариотических организмов, заводы полны разнообразных гормонов, которые делают его бросающий вызов, чтобы ощутить и ответить на определенный гормон интереса», сказал Дэн Манделл, доктор философии, co-first автор исследования и Товарищ Разработки технологий Института Wyss и Постдокторский Научный сотрудник в HMS. «Но используя нашу стратегию, заводы Arabidopsis, которые мы спроектировали, показали 50-кратное увеличение люминесценции в присутствии дигоксина – очень легко визуализируемый – который мог вдохновить захватывающие будущие заявления, включающие деревья или растения, которые обнаруживают вредные экологические загрязнители или токсины и испускают видимый индикатор».
«Биодатчики, которые могут сказать Вам об их среде, чрезвычайно полезны для широкого диапазона заявлений», заявила церковь. «Вы можете вообразить, использовались ли они на сельскохозяйственных заводах, они могут сказать Вам об условии почвы, присутствии токсинов или вредителей, которые беспокоят их».Команда не только продемонстрировала свою новую методологию на заводах, но также и описала ее эффективность в превращающих дрожжевых клетках и клетках млекопитающих в точные биодатчики, которые могли однажды быть усилены для использования в отраслях промышленности, которые полагаются на производительность дрожжей или домашнего скота, или для использования в качестве медицинских датчиков.
В целом, метод чрезвычайно настраиваемый и портативный, означая, что он может использоваться в большом разнообразии организмов, чтобы обнаружить широкий диапазон маленьких молекул.Дополнительная способность новой биосенсорной методологии – способность соединить его с генными регуляторами вместо флуоресцентных белков.
Такие биодатчики могли точно отрегулировать транскрипцию генов, чтобы улучшить урожаи маленьких молекул в организмах, используемых для промышленного биопроизводства. Дрожжи, например, могли поэтому быть спроектированы, чтобы произвести желаемую молекулу из возобновляемого сырья для промышленности, и кроме того запрограммированы, чтобы идентифицировать себя самые эффективные люди в населении производителей так, чтобы только самые высокие дрожжи производства выжили. Таким образом население организмов, усиленных для биопроизводства фармацевтических препаратов или других ценных молекул, могло быстро саморазвиться, чтобы стать чрезвычайно эффективным и продуктивным. Команда на самом деле использовала эту стратегию развить дрожжи, которые могут произвести гормональный прогестерон с несколькими-сгибами более высокий урожай.
Биодатчики могли оказать прямое влияние на здоровье человека также, учитывая, что команда также использовала их метод, чтобы жестко регулировать генный механизм редактирования CRISPR-Cas9 в живущих клетках человека, шаге вперед к предотвращению непреднамеренных изменений генома во время генотерапии.«Эти новые перепрограммные возможности, развитые церковной командой, открывают совершенно новую сферу, где обычные организмы могут быть преобразованы в экстраординарные живущие клеточные устройства, которые могут ощутить определенные сигналы и создать соответствующие ответы, ли ее производство усиления биотоплива или укрытие терапевтического когда воспламенение смысла клеток или инфекция.
Именно другая большая способность предоставления возможности, несомненно, продвинет всю область синтетической биологии.», сказал Директор-основатель Института Висса Дональд Ингбер, Доктор медицины, доктор философии, который является профессором Джуды Фолкмена Сосудистой Биологии в HMS и Сосудистой Программы Биологии в Бостоне Детская Больница, а также профессор Биоинженерии в Школе Джона А. Полсона Гарварда Технических и прикладных наук.