Los científicos de la Universidad de Rice han creado un circuito vivo a partir de múltiples tipos de bacterias que hace que las bacterias cooperen para cambiar la expresión de las proteínas.
El tema de un nuevo artículo en ciencia , el proyecto representa la primera vez que los investigadores de Rice han creado un equivalente biológico para un circuito de computadora que involucra a múltiples organismos para influir en una población.
El objetivo de los investigadores es modificar los sistemas biológicos controlando cómo las bacterias se influyen entre sí. Esto podría conducir a bacterias que, por ejemplo, alteren beneficiosamente el microbioma intestinal en los humanos.
El estómago de los humanos tiene muchos tipos diferentes de bacterias, dijo Matthew Bennett, biólogo sintético de Rice. "Forman naturalmente un gran consorcio. Se piensa que cuando diseñamos las bacterias para colocarlas en las tripas, también deberían ser parte de unconsorcio. Trabajar juntos les permite efectuar más cambios que si trabajaran de forma aislada "
En el estudio de prueba de concepto, Bennett y su equipo crearon dos cepas de bacterias genéticamente modificadas que regulan la producción de proteínas esenciales para las vías de señalización intercelular, que permiten a las células coordinar sus esfuerzos, generalmente de manera beneficiosa.
La capacidad de diseñar ADN para que las células produzcan proteínas específicas ya ha pagado dividendos, por ejemplo, manipulando bacterias para producir biocombustibles y productos químicos útiles.
"El impulso principal en la biología sintética ha sido diseñar células individuales", dijo Bennett. "Pero ahora nos estamos moviendo hacia sistemas multicelulares. Queremos que las células coordinen sus comportamientos para obtener una respuesta poblacional, de la misma manera que nuestrolos cuerpos hacen "
Bennett y sus colegas lograron su objetivo mediante ingeniería común Escherichia coli bacterias. Al crear y mezclar dos poblaciones genéticamente distintas, incitaron a las bacterias a formar un consorcio.
Las bacterias trabajaron juntas haciendo tareas opuestas: una era un activador que regulaba la expresión de genes específicos, y la otra era un represor que regulaba la disminución de genes. Juntos, crearon oscilaciones picos y valles rítmicosde transcripción génica en la población bacteriana.
Las dos nuevas cepas de bacterias enviaron moléculas de señalización intercelular y crearon bucles de retroalimentación positiva y negativa vinculados que afectaron la producción de genes en toda la población. Ambas cepas fueron diseñadas para producir genes informadores fluorescentes para que sus actividades pudieran ser monitoreadas. Las bacterias fueron confinadasa dispositivos microfluídicos en el laboratorio, donde podrían monitorearse fácilmente durante cada experimento de una hora.
Cuando las bacterias se cultivaron de forma aislada, las oscilaciones de proteínas no aparecieron, escribieron los investigadores.
Bennett dijo que el trabajo de su laboratorio ayudará a los investigadores a comprender cómo se comunican las células, un factor importante en la lucha contra las enfermedades. "Tenemos muchos tipos diferentes de células en nuestros cuerpos, desde las células de la piel hasta las células del hígado y las células pancreáticas, y todos coordinan sus comportamientospara que trabajemos correctamente ", dijo." Para hacer esto, a menudo envían pequeñas moléculas de señalización que se producen en un tipo de célula y producen un cambio en otro tipo de célula.
"Tomamos ese principio y lo desarrollamos en estos organismos muy simples para ver si podemos entender y construir sistemas multicelulares desde cero"
En última instancia, las personas podrían ingerir el equivalente de las computadoras biológicas que se pueden programar a través de la dieta de uno, dijo Bennett. "Una idea es crear un yogur usando bacterias artificiales", dijo. "El paciente se lo come y el médico controla las bacterias".a través de la dieta del paciente. Ciertas combinaciones de moléculas en sus alimentos pueden activar y desactivar los sistemas dentro de las bacterias sintéticas, y luego estos sistemas pueden comunicarse entre sí para provocar un cambio dentro de su intestino ".
Ye Chen, un estudiante graduado en el laboratorio de Bennett en Rice, y Jae Kyoung Kim, profesor asistente en KAIST y ex becario postdoctoral en la Universidad Estatal de Ohio, son los autores principales del artículo. Los coautores son el estudiante graduado de Rice Andrew Hirning yKrešimir Josi ?, profesor de matemáticas en la Universidad de Houston. Bennett es profesor asistente de bioquímica y biología celular.
Los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Robert A. Welch, la Fundación Hamill, la Fundación Nacional de Ciencias y el Consejo de Becas de China apoyaron la investigación.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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