Американські дослідники розробили метод запобігання обміну генами між модифікованими бактеріями-сенсорами та дикими мікроорганізмами. Він полягає в інкапсуляції бактерій у гідрогелеву сферу, через яку можуть проникати малі молекули, але не такі великі, як білки чи ДНК. Результати оприлюднені в журналі Nature Chemical Biology.
STEVE GSCHMEISSNER / Getty Images / Science Photo Library RM
Навіщо це вивчали?
Бактерії вже давно продемонстрували, що можуть стати в пригоді у різних сферах діяльності людини. Приміром, за допомогою них ми вже багато років виготовляємо різні лікарські препарати, але вони знайшли потенційне використання і в екології. Вчені протягом тривалого часу працювали над створенням модифікованих бактерій, які здатні виявляти наявність у середовищі різноманітних хімічних сполук, наприклад, важкі метали. Генна інженерія дає змогу зробити мікроорганізми такими, що у відповідь на конкретну сполуку вони вироблятимуть флуоресцентний білок або й самі світитимуться. Або ж контакт із речовиною може залишати характерний відбиток у ДНК бактерії, який можуть зчитати науковці. Але широкого застосування ці модифіковані організми не набули через суттєве обмеження. Якщо їх випустити у відкрите середовище, вони можуть через горизонтальне перенесення генів обмінюватися модифікованими генами з дикими штамами та видами бактерій. Це особливо важливо з огляду на те, що іноді вчені змушені наділяти лабораторні мікроорганізми генами стійкості до антибіотиків. Дослідники з Массачусетського технологічного інституту спробували знайти розв'язання цієї проблеми.
Над чим вони працювали?
Різні дослідники й раніше розробляли методи запобігання обміну генами. Одним із варіантів було фізичне утримання бактерій від контакту з іншими мікробами, приміром, закриваючи їх у пластикові або скляні контейнери. Однак у такому разі бактерії відмежовувалися від усього світу й різко знижувалася ефективність розпізнавання ними молекул, для виявлення яких їх створили.
У новій роботі вчені ж зосередилися на іншому бар'єрі. Автори припустили, що інкапсуляція бактерій в гідрогель може бути кращим рішенням. Цей матеріал достатньо проникний для таких молекул як цукри чи важкі метали, однак не пропускає такі великі молекули як частини ДНК або великі білки. Свою гіпотезу вчені перевірили на культурі кишкових паличок E. coli, яких спочатку занурили в альгінат з поживними речовинами, а потім отриману сферу з бактеріями, діаметром близько 5 міліметрів, покрили щільним гідрогелем з комбінації альгінату та поліакриламіду.
Як спрацював винахід?
Науковці перевірили ефективність гідрогелевого покриття на бактеріях, які створені для виявлення одного з важких металів — кадмію. Бактеріальні сфери-сенсори помістили у річкову воду, до якої додали кадмій. Досліди показали, що кишкові палички з високою точністю зреагували на присутність важкого металу, і при цьому не змогли вибратися із гідрогелевої капсули або просочити через неї генетичний матеріал.
У подальших роботах науковці спробують скомбінувати цей метод з іншими, щоб посилити захист від горизонтального перенесення генів. Зокрема, у цьому дослідженні їм вдалося успішно поєднати його з хімічним способом, який полягає у створенні штамів бактерій, що не можуть жити без синтетичної молекули, відсутньої в природі. Технологію надалі також хочуть випробувати для виявлення забруднювачів в умовах, що максимально подібні на реальні.