Учёные из университета «Сапиенца» (Италия) разработали метод, позволяющий контролировать большие группы бактерий с помощью электрического света. В рамках эксперимента специалисты встроили в геном кишечной палочки гены, производящие светочувствительный белок протеородопсин. В результате микроорганизмы стали определённым образом реагировать на излучение.
Новую биотехнологию учёные испытали с помощью предметов искусства: специалисты спроецировали миниатюрные версии картины Леонардо да Винчи «Мона Лиза», а также портретов известных деятелей науки Альберта Эйнштейна и Чарльза Дарвина на конгломерацию с модифицированными бактериями — и те, подобно сканеру, поочерёдно воспроизвели изображения.
Игры с природой
Объектом исследования итальянских специалистов стала кишечная палочка — самая распространённая и изученная бактерия. Многочисленные эксперименты, в ходе которых учёные встраивали чужеродные гены в геном E. coli, доказали универсальность этого микроорганизма для подобного рода исследований.
В своём исследовании биологи отталкивались от гипотезы, согласно которой интенсивность излучения оказывает прямое влияние на скорость движения бактерий, обладающих светочувствительностью. Так, чем больше света получает такая бактерия, тем быстрее вращаются её жгутики, отвечающие за движение. Слабые потоки света не оказывали практически никакого влияния на скопление бактерий, тогда как мощный световой луч побуждал их двигаться быстро и стремительно уходить в тень.
Спроецировав на конгломерацию бактерий репродукцию картины «Мона Лиза», а также портреты Эйнштейна и Дарвина и регулируя интенсивность излучения, биологи в течение нескольких минут «заставили» микроорганизмы воспроизвести желаемые изображения.
«Мельтешащие бактерии можно сравнить с автомобилями на городских дорогах, которые скапливаются в тех местах, где их скорость ограничена. Контролируя скорость передвижения E. coli с помощью протеородопсина, мы можем менять их плотность в различных местах, просто проецируя различные световые изображения», — отметили авторы исследования.
Лечение по адресу
Позволив бактериям «повторять» изображения, учёные продемонстрировали, по каким сложным траекториям могут передвигаться эти микроорганизмы. В перспективе исследователи планируют использовать E. coli для адресной доставки лекарств прямо к очагу поражения, ведь свет хорошо проникает сквозь ткани.
«Кишечную палочку называют самой изученной на планете клеткой. Очень многое из того, что мы знаем о строении клеток и молекулярно-биологических процессах, получено именно с помощью E. coli. Это самый востребованный объект для генно-инженерных манипуляций. Методика её генетической модификации хорошо отработана. В дальнейшем технологию можно совершенствовать, в том числе использовать для доставки лекарственных препаратов», — рассказал в интервью RT доцент кафедры генетики биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Андрей Синюшин.
Сами авторы исследования предполагают, что бактериями можно было бы «окружить» лекарственное средство и использовать их в качестве «живых пропеллеров» для транспортировки в нужную область.
«Эта работа позволяет нам контролировать движение больших популяций бактерий точнее, чем когда-либо прежде», — отметили учёные, представляя свою работу.
По мнению Синюшина, результаты итальянских исследователей имеют большое значение для разработки лекарственных препаратов и инновационных терапевтических методов. Если медики овладеют технологией «адресной доставки» в совершенстве, то сильнодействующие препараты с широким спектром нежелательных побочных эффектов при традиционном применении можно будет направить напрямую в поражённый орган, не затрагивая при этом остальной организм.
Впрочем, всё ещё остаются некоторые технические ограничения для подобных экспериментов. Как отметили сами авторы исследования, бактерии двигались довольно хаотично, а созданные ими изображения получились размытыми. Однако, по мнению отечественных специалистов, эти трудности можно легко преодолеть.