Los bioingenieros de la Universidad de California en San Diego han rediseñado lo inofensivo E. coli las bacterias "hablan" entre sí. El nuevo circuito genético podría convertirse en una nueva herramienta útil para los biólogos sintéticos que, como campo, buscan formas de controlar mejor las bacterias que diseñan para realizar todo tipo de tareas, incluida la administración de medicamentos, bioproducción de compuestos valiosos y detección ambiental.
¿Qué hay de nuevo en la estrategia de control de UC San Diego de la E. coli que sirven como caballos de batalla de la biología sintética? Las células bacterianas dentro de una población están diseñadas para que no puedan comunicarse entre sí a través de señales químicas a menos que esté presente una molécula externa particular.
Este trabajo se publica en la edición del 4 de marzo de 2020 de la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Esperamos que este sistema pueda aumentar el control y la seguridad de los circuitos genéticos sintéticos y, por lo tanto, facilitar su transición a aplicaciones de la vida real", dijo Arianna Miano, estudiante de doctorado en bioingeniería de la Universidad de California en San Diego y primera autora del Comunicaciones de la naturaleza papel
Este trabajo es del laboratorio de UC San Diego dirigido por Jeff Hasty, profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs y de biología en la División de Ciencias Biológicas.
Tradicionalmente, los biólogos sintéticos usan sistemas de comunicación bacterianos nativos, conocidos como detección de quórum, para controlar las comunidades bacterianas que usan para tareas tales como la administración dirigida de medicamentos.
La detección de quórum en bacterias se basa en la producción, difusión y recepción de pequeñas moléculas de señalización entre células bacterianas dentro de una población. La mayoría de estos sistemas dependen de los recursos internos de cada célula para la producción de la molécula de señalización.
Uno de los desafíos de los sistemas de detección de quórum es que son difíciles de regular externamente. Para abordar este problema, los investigadores de UC San Diego crearon un "sistema de detección de quórum inducible". Está diseñado para dar a los biólogos sintéticos un mejor control de la comunicación bacterianasistemas y, por lo tanto, un mejor control de las tareas útiles que realizan estas comunidades bacterianas.
Inspirado por un circuito genético encontrado en la bacteria fotosintética Rhodopseudomonas palustris y descrito por primera vez en la literatura académica en 2008, los investigadores de UC San Diego crearon un sistema de detección de quórum que solo funciona cuando las bacterias reciben un compuesto derivado de plantas llamado p-ácido cumarico. Este compuesto se encuentra en la mayoría de las frutas y verduras.
"Las bacterias se coordinan de manera diferente según la cantidad de ácido p-cumarico que proporcionamos en los medios", dijo Miano. "Si no damos ácido p-cumarico, las bacterias no pueden comunicarse entre sí, pero cuandoproporcionarles concentraciones medias que puedan señalar y compartir información sobre el tamaño de su colonia ".
"Si les damos demasiado, sobreproducen moléculas de señalización que los engañan para que se comporten como si siempre fueran parte de una gran población", dijo Miano.
Los bioingenieros de UC San Diego demostraron su circuito de detección de quórum inducible, que puede controlar la coordinación de las células bacterianas en el tiempo y el espacio, coexpresándola con un gen de lisis.
La opción de demostrar a través de un gen de lisis se basa en proyectos anteriores del laboratorio Hasty en la Universidad de California en San Diego, incluida la investigación que demuestra cómo la lisis bacteriana podría usarse para administrar medicamentos contra el cáncer alrededor de un tumor.
En el nuevo trabajo, los investigadores de UC San Diego demostraron cómo la detección de quórum inducible podría expandir en gran medida el control sobre esta plataforma de entrega de carga, en comparación con los sistemas de detección de quórum nativos disponibles actualmente.
En particular, los investigadores utilizaron concentraciones bajas y medias de ácido p-cumarico para causar que las poblaciones de bacterias con el nuevo circuito de detección de quórum inducible y el gen de lisis cambien entre la no entrega y las oscilaciones constantes de la entrega de carga.
Usando un gen de lisis y un sistema de detección de quórum tradicional, la carga solo se entregaría cuando la bacteria alcanzara una concentración lo suficientemente alta.
"Acabamos de arañar la superficie del potencial de este sistema de comunicación. Estamos entusiasmados de ver las aplicaciones que seguirán al acoplarlo a la expresión de diferentes genes", dijo Miano.
Los investigadores también demostraron que someter a las bacterias a altas concentraciones de ácido p-cumarico eliminó todas las células al obligarlas a producir constantemente las proteínas de lisis, independientemente del tamaño de la población. Ver video
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Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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