Из кишечной палочки создали биологический дисплей

Американским биотехнологам удалось создать уникальное устройство из колоний бактерий кишечной палочки. Пять тысяч колоний в устройстве выполняют функцию отдельного «пикселя» и образуют своеобразный жидкокристаллический экран. Он позволит определять уровень концентрации мышьяка в среде.

Целью многих ученых мира является в последнее время создать достойную замену из биологического материала кремневым элементам электронных устройств. Например, в октябре 2011 французские биологи совместно с британскими создали из кишечной палочки уникальное вычислительное устройство. «Биокалькулятор» складывал поступающие в него сигналы химической природы, а результат выдавал в качестве другого вещества.

Биотехнологи из Калифорнийского университета под руководством Джеффа Хасти создали очередной удивительны биологический аналог электронного устройства. Функции нового устройства делают его чем-то средним между своеобразным химическим датчиком и жидкокристаллическим дисплеем. Состоит устройство из пяти тысяч микроячеек, разделенных полунепроницаемой мембраной. В каждой ячейке обитает колония кишечной палочки. В геном этих бактерий ученые предварительно встроили систему обмена сигналами, состоящую из двух уровней.

Первый уровень представляет быстрый обмен сигналами, который осуществляется посредством так называемого «чувства форума» колоний кишечной палочки. Фактически бактерии способны предупреждать своих «соотечественников» о некой угрозе или химической атаке, выделяя в качестве сигнала специальные сигнальные молекулы. Биотехнологи воспользовались этим свойством бактерий и несколько модифицировали сигнальный механизм. Теперь предупреждая об опасности, бактерии выделяли молекулы флуоресцирующего вещества. Затем ученые расширили фактический радиус действия сигнального механизма бактерий.

Второй уровень системы обмена сигналами был учеными искусственно добавлен. В ДНК кишечной палочки они встроили ген NDH-2, который позволил бактерии синтезировать пероксид водорода, а после этого выделять его в виде пара в окружающую среду. В естественных условиях кишечная палочка боится пероксида водорода и при первых признаках угрозы начинает выделять сигнальные молекулы. После модификаций кишечная палочка стала фактически в качестве сигнала выделять пероксид водорода.

Молекулы пероксида способны легко проникать через мембрану, путешествуя по соседним «пикселям». Молекулы пероксида считываются бактериями, которые в свою очередь также начинают выделять сигнальный пероксид, запуская «чувство форума». Перекись выделяется бактериями с некоторой периодичностью, поэтому «пиксели» в дисплее также периодично гаснут и загораются. Фактически устройство стало генератором тактовой частоты. Чтобы использовать уникальное устройство на практике, специалисты модифицировали его для обнаружения соединений мышьяка в природе. В ДНК кишечной палочки включили очередной дополнительный ген, который заставлял ее учащать мерцание в случае присутствия соединений мышьяка в среде. Обнаруживая мышьяк, «биодисплей» начинал часто мерцать, иногда даже не прекращая мерцание. При помощи подобного устройства в будущем, можно будет определять концентрацию и других опасных химических веществ в окружающей среде.

Новость подготовила Оксана Скрипко

• Робот «Лэсси» открыл тысячи гнёзд рыб под антарктическим льдом
• Учёные раскрыли, что происходит под загадочным вулканом Олдоиньо-Ленгаи в Танзании
• Исследование «Глобальное бремя болезней»: смертность в мире снижается, но среди молодежи — растет, а неравенство в здравоохранении усиливается
• От символа элиты до царской эмблемы: как мотив пальметты изменил своё значение в Иудее эпохи железа
• Древние зубы раскрыли тайну: люди жевали психоактивные орехи бетеля уже 4 000 лет назад
• Захоронение не того: в гробнице под Вергиной нашли не отца Александра Македонского
• Таинственная пирамида Амазонии: священная гора Эль Коно может скрывать древние тайны
• Прорыв в науке: эксперимент изменил понимание сознания