Двухкомпонентные системы, состоящие из мембранного белка и генного регулятора внутри клетки, позволяют бактериям чутко реагировать на изменения окружающей среды. Большинство таких систем устроены по одинаковому принципу: белок сенсорная киназа получает сигнал от внешнего мира и инициирует процесс фосфорилирования, который активирует второй компонент — регулятор ответа. Таким образом необходимый ген активируется или подавляется.
Секвенирование позволяет легко обнаружить участки ДНК, кодирующие двухкомпонентные системы, однако этой информации недостаточно, чтобы понять, на какой сигнал они реагируют и активность какого гена меняют. В результате биологам известны «входы» и «выходы» лишь 1% из 25 000 таких сенсоров. Между тем, отмечает Science Daily, в среднем у каждого вида бактерий есть около двух десятков подобных сенсоров, а у некоторых — несколько сотен.
Каждая двухкомпонентная система высокоспецифична. Однако исследователям из Университета Райса удалось «взломать» сенсор и перенаправить его активность на другой ген. Для этого они перемонтировали компоненты двух биосенсоров, реагирующих на свет. «Вход» сенсора красного света подключили к «выходу» зеленого в 39 разных доменах. В результате система реагировала на освещение красным так же, как на освещение зеленым.
Дополнительные эксперименты подтвердили, что методика позволяет не только перемонтировать компоненты сенсоров в одной клетке, но и объединять элементы, взятые у разных видов бактерий.
В частности, команде удалось внедрить семь двухкомпонентных систем из бактерии Shewanella oneidensis в E. coli. Одна из них оказалась детектором уровня кислотнjсти pH.
Авторы разработки уверены, что у нее широкие перспективы в медицине и биотехнологиях. Например, исследование двухкомпонентных систем позволит обнаружить «слабые места» у опасных бактерий, в том числе тех, что приобрели устойчивость к антибиотикам. Кроме того, микроорганизмы с искусственными биосенсорами станут основой для биодатчиков, оценивающих состояние человеческого организма и окружающей среды.
Исследователям из Кембриджа удалось внедрить в живую бактерию искусственную ДНК рекордного размера. Этот новый этап развития синтетической биологии поможет больше узнать о происхождении генетического кода и стимулирует развитие промышленности.
