Gli scienziati hanno convertito un gruppo di microbi in quello che hanno soprannominato il "più piccolo registratore del mondo:" Armeggiando con i geni di un normale ceppo di laboratorio diEscherichia coli batteri, i ricercatori affermano di essere stati in grado di convincere i batteri a non solo registrare le loro interazioni con l'ambiente, ma anche a timbrare queste occorrenze.
Questi minuscoli "registratori" - che sono stati dettagliati in un nuovo studio pubblicato il 23 novembre sulla rivista Science - possono aiutare a sostenere una nuova classe di tecnologie che usano le cellule batteriche per diagnosticare la malattia o monitorare i cambiamenti nell'ambiente, il tutto senza disturbare l'ambiente circostante .
"Tali batteri, ingeriti da un paziente, potrebbero essere in grado di registrare i cambiamenti che subiscono attraverso l'intero tratto digestivo, dando una visione senza precedenti di fenomeni precedentemente inaccessibili", autore senior dello studio Harris Wang, assistente professore nel dipartimento di biologia dei sistemi presso Columbia University Medical Center, ha detto in una dichiarazione.
La tecnologia alla base dei registratori è il popolare strumento di editing genico, CRISPR. Lo strumento, che consente agli scienziati di eliminare essenzialmente sequenze di DNA e sostituirlo con materiale genetico specifico, è stato originariamente scoperto nei batteri. Il CRISPR fa parte del sistema immunitario di alcuni batteri: può copiare frammenti di DNA dai virus invasori in modo che le generazioni future di batteri possano riconoscere e respingere gli attacchi successivi.
"Il sistema è un dispositivo di memoria biologica naturale", ha detto Wang. "Da un punto di vista ingegneristico che in realtà è abbastanza bello, perché è già un sistema che è stato affinato attraverso l'evoluzione per essere davvero bravo a conservare le informazioni."
Il registratore microscopico del team è costituito da una coppia di strutture portatrici di geni note come plasmidi. Il primo, un plasmide di "tempismo", segna il tempo esprimendo alcune molecole di DNA, chiamate nucleotidi, nella regione CRISPR del DNA del batterio. L'altro plasmide viene modificato per creare più copie di se stesso, ma solo in risposta a un segnale esterno. Il risultato è un patchwork di sequenze di sfondo che registrano sequenze di tempo e segnale che vengono inserite in risposta a cambiamenti nell'ambiente della cella.
Se sembra complicato, pensalo in questo modo: il plasmide di temporizzazione stampa una "A" a intervalli di tempo distanziati. Se non esiste un "segnale esterno", gli scienziati vedrebbero solo questa stringa di A. Ma se il secondo plasmide è attivato da un segnale esterno, inserirà il suo timbro nella stringa di A. In base a dove appare in quella stringa il timbro dei secondi plasmidi, gli scienziati possono dedurre quando si è verificato il segnale esterno. Come le strisce di dati in un nastro magnetico, gli scienziati possono analizzarlo ulteriormente con l'aiuto di strumenti computazionali.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato che il sistema può registrare almeno tre segnali simultanei per diversi giorni. Il prossimo passo è restringere gli obiettivi.
"Ora stiamo pianificando di esaminare vari marcatori che potrebbero essere alterati da cambiamenti negli stati naturali o patologici, nel sistema gastrointestinale o altrove", ha detto Wang.
