Бактерии-ищейки плывут на запах пестицида
Ученые университета Атланты, работающие под руководством доктора Джастина Галливана (Justin Gallivan), вмешались в навигационную систему кишечной палочки Escherichia coli, в результате чего бактерии приобрели способность перемещаться в направлении более высоких концентраций широко используемого гербицида атразина.
На поверхности E.coli есть белки-рецепторы, идентифицирующие различные химические соединения, что обеспечивает способность бактерий перемещаться по направлению повышения градиента того или иного соединения – к его источнику. Информация о распознавании соединения передается вдоль бактериальной клетки к жгутику, который начинает вращаться и двигает клетку в необходимом направлении.
Эту последовательность событий можно изменять с помощью манипуляций над бактериальной РНК. Для этого ученые использовали штамм E.coli, не имеющий гена, обеспечивающего движение клеток. В геном таких бактерий встроили молекулярный переключатель (рибосвич) – фрагмент РНК, содержащий недостающий ген и включающийся только в присутствии атразина. Наличие его в питательной среде активировало рибосвич, и модифицированные бактерии начинали двигаться в направлении более высоких концентраций гербицида.
Некоторые бактерии расщепляют атразин до промежуточных продуктов, поэтому ученые создали рибосвич, реагирующий исключительно на неизмененные молекулы атразина, а не на продукты его метаболизма. Одновременное встраивание в E.coli такого рибосвича и генов питающихся атразином бактерий позволит создавать микроорганизмы, ищущие и расщепляющие пестицид, очищая таким образом почву. Авторы утверждают, что с помощью этого подхода можно создать различные варианты бактерий, питающиеся разными соединениями, не входящими в обычный рацион E.coli.
Однако есть некоторые ограничения. Поверхностные рецепторы бактерий распознают очень малые колебания концентраций соединений в окружающей среде, а для активации рибосвича соединение должно проникнуть внутрь бактериальной клетки, что снижает чувствительность бактерий к разнице концентраций. Кроме того, скорость запускаемого рибосвичем движения в природных условиях может быть значительно ниже, чем в заполненной гелем чашке Петри.
Самым большим достоинством использования рибосвичей является скорость их разработки и модификации бактерий для «натаскивания» их на нужное соединение. Теоретически можно модифицировать и гены мембранных рецепторов, придавая им чувствительность к различным соединениям, но такой подход требует много времени, зависит от непредсказуемости сворачивания белковых молекул и в некоторых случаях приводит к появлению рецепторов, чувствительных не к сторого определенному веществу, а к целому спектру соединений.
В то же время количество возможных последовательностей рибосвичей очень ограничено, и если соответствующий определенной малой молекуле рибосвич существует, его можно идентифицировать в рамках одного эксперимента. Наиболее эффективные рибосвичи можно выявить посредством отбора бактерий, двигающихся с максимальной скоростью.
В конечном счете, рибосвичи можно использовать не только для того, чтобы останавливать и запускать движение бактерий. Авторы надеются разработать метод использования комплекса биосвичей для последовательной активации нескольких генов. Это позволит E.coli выполнять ряд последовательных манипуляций, например, прикрепляться к мелким частицам (или поглощать их) в одном месте и высвобождать в другом.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru по материалам Nature
11.04.2008