Med nyt værktøj til syntetisk biologi, forskere bruger bakterier til at fremkalde billeder

Ligesom gær tjener i bagerier som encellet hjælper, bakterien Escherischia coli er et must i ethvert bioteknologisk laboratorium. Et team ledet af Prof. Dr. Barbara Di Ventura, professor i biologisk signalforskning ved universitetet i Freiburg, har udviklet et nyt såkaldt optogenetisk værktøj, der forenkler en standardmetode inden for bioteknologi:I stedet for at fodre bakterierne med sukker, som man plejer, forskerne kan nu blot kaste lys over dem. Di Ventura, Prof. Dr. Mustafa Hani Khammash fra ETH Zürich/Schweiz og deres teams, de fremmeste første forfattere Edoardo Romano og Dr. Armin Baumschlager, offentliggjort deres resultater i Naturens kemiske biologi .

"Vi har kaldt det nye system BLADE - blå lys-inducerbare AraC dimerer i Escherichia coli, " forklarer Romano. Forskere kontrollerer ekspressionen af ​​et ønsket gen i bakterien E. coli ved hjælp af PBAD-promotoren, som er en del af det genetiske netværk, der regulerer omsætningen af ​​sukkeret arabinose i bakterier. Dette giver dem mulighed for selektivt at producere proteiner og studere signalprocesser i bakterierne. "Denne nye lys-guidede konstruktion kan erstatte det udbredte arabinose-genekspressionssystem, lette adoptionen af ​​optogenetik blandt mikrobiologer, " forklarer Di Ventura, som er medlem af Clusters of Excellence CIBSS—Centre for Integrative Biological Signaling Studies og BIOSS—Centre for Biological Signaling Studies.

Optogenetik bruger proteiner, der reagerer på lys, til at regulere cellefunktioner. "BLADE er beregnet til brug i syntetisk biologi, mikrobiologi, og bioteknologi. Vi viser, at vores værktøj kan bruges målrettet, at det er hurtigt og reversibelt, " kommenterer Di Ventura. For at demonstrere med hvilken præcision BLADE reagerer på lys, Di Ventura og hendes team lavede bakteriografer:billeder skabt ud fra bakteriekulturer. BLADE består af et lysfølsomt protein og en transkriptionsfaktor:et protein, der binder en specifik sekvens af det DNA, der findes i den såkaldte promotorregion af et gen, og kontrollerer, om det tilsvarende gen aflæses af cellemaskineriet. Forskerne kontrollerede med BLADE ekspressionen af ​​genet, der koder for et fluorescerende protein, for at skabe bakteriograferne.

Freiburg-forskerne oplyste bakterieplænen gennem en fotomaske, der var limet til låget af petriskåle. Bakterierne fluoreserede på det punkt, hvor de blev belyst, fordi BLADE var aktiveret:Billederne blev lavet under et fluorescensmikroskop. I et andet eksperiment, forskerne brugte BLADE til at regulere gener, der gjorde E. coli-celler længere, tykkere og stavformet. Det var endda muligt at vende ændringerne:Cellerne vendte tilbage til deres oprindelige form efter fire timer uden lys. På denne måde systemet kan bruges til at studere mange andre gener – endda gener, der ikke er fra E. coli.