Eine schnelle, programmierbare molekulare Uhr

Eine molekulare Uhr, die mit einem fluoreszierenden Protein die Zeit verstreicht, könnte die Basis für neuartige Biosensoren sein. Die Uhr oder der synthetische Genoszillator ist eine Meisterleistung der synthetischen Biologie – ein noch junges Gebiet, in dem Forscher neuartige biologische Teile in Organismen einbauen.



Bioingenieure der UC San Diego haben die erste stabile, schnelle und programmierbare genetische Uhr entwickelt, die zuverlässig die Zeit durch das Blinken fluoreszierender Proteine ​​im Inneren hält E coli Zellen. Die Blinkfrequenz der Uhr ändert sich, wenn sich Temperatur, Energiequelle oder andere Umgebungsbedingungen ändern. Hier gezeigt ist ein mikrofluidisches System, das die Umgebungsbedingungen des E coli Zellen mit großer Präzision – einer der Schlüssel zu diesem Fortschritt.
Bildnachweis: UC San Diego Jacobs School of Engineering

Um die Uhr zu erschaffen, haben Wissenschaftler einen molekularen Oszillator gentechnisch verändert, der aus mehreren Genpromotoren besteht, die Gene in Gegenwart bestimmter Chemikalien aktivieren, und Genen selbst, von denen eines für ein fluoreszierendes Protein kodiert. Wenn ausgedrückt in E coli Bakterien, das Feedback-System schaltet das fluoreszierende Gen in regelmäßigen Abständen ein und aus.



Die Schwingungen der Uhr können durch die Temperatur abgestimmt werden, bei der die E coli angebaut werden, die Nährstoffe, die ihnen zugeführt werden, und spezifische chemische Auslöser. Laut einem heute veröffentlichten Papier in Natur , die schnellsten Schwingungen, die die Wissenschaftler bisher aufgezeichnet haben, betragen etwa 13 Minuten.



Die Ein-Aus-Frequenz könnte möglicherweise verwendet werden, um den Gehalt einiger giftiger Chemikalien in der Umwelt zu bestimmen, sagt Jeff Hasty, ein Bioingenieur an der UC San Diego, der das Projekt leitete. Man konnte einfache Modifikationen vornehmen, damit es auf andere Chemikalien oder Zucker reagierte.

Laut einer Pressemitteilung der UC San Diego,

Ein nächster Schritt besteht darin, die Uhren innerhalb einer großen Anzahl von E coli Zellen, so dass alle Zellen in einem Reagenzglas gleichzeitig blinken. Dies würde dem Aufbau eines faszinierenden Umweltsensors sehr ähnlich sehen, sagte Jeff Hasty, ein Bioingenieur-Professor an der UC San Diego und leitender Autor der Natur Papier. Forscher in seinem Labor haben auch ausgeklügelte Mikrofluidiksysteme entwickelt, die in der Lage sind, die Umgebungsbedingungen ihrer E coli Zellen mit großer Präzision. Dadurch können die Bioingenieure genau verfolgen, welche Umgebungsbedingungen die Blinkfrequenzen ihrer Uhren beeinflussen.



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