Un orologio molecolare veloce e programmabile

Un orologio molecolare che scandisce il tempo con un lampo di proteina fluorescente potrebbe fornire la base per nuovi biosensori. L'orologio, o oscillatore genetico sintetico, è un'impresa della biologia sintetica, un campo nascente in cui i ricercatori progettano nuove parti biologiche negli organismi.

I bioingegneri della UC San Diego hanno creato il primo orologio genetico stabile, veloce e programmabile che mantiene il tempo in modo affidabile grazie al lampeggiare delle proteine ​​fluorescenti all'interno E. coli cellule. La frequenza di lampeggio dell'orologio cambia al variare della temperatura, della fonte di energia o di altre condizioni ambientali. Qui è mostrato un sistema microfluidico in grado di controllare le condizioni ambientali del E. coli cellule con grande precisione, una delle chiavi di questo progresso.
Credito: UC San Diego Jacobs School of Engineering

Per creare l'orologio, gli scienziati hanno ingegnerizzato geneticamente un oscillatore molecolare composto da più promotori genici, che attivano i geni in presenza di determinate sostanze chimiche, e geni stessi, uno dei quali codifica per una proteina fluorescente. Quando espresso in E. coli batteri, il sistema di feedback attiva e disattiva il gene fluorescente a intervalli regolari.

Le oscillazioni dell'orologio possono essere regolate dalla temperatura alla quale il E. coli vengono coltivati, i nutrienti con cui vengono nutriti e specifici trigger chimici. Secondo un articolo pubblicato oggi in Natura , le oscillazioni più veloci che gli scienziati hanno registrato finora sono di circa 13 minuti.

La frequenza on-off potrebbe essere potenzialmente utilizzata per determinare il livello di alcune sostanze chimiche tossiche nell'ambiente, afferma Jeff Hasty, un bioingegnere dell'UC San Diego, che ha guidato il progetto. Si potrebbero apportare semplici modifiche in modo che risponda ad altri prodotti chimici o zuccheri.

Secondo un comunicato stampa dell'UC San Diego,

Il prossimo passo è sincronizzare gli orologi entro un gran numero di E. coli cellule in modo che tutte le cellule in una provetta lampeggino all'unisono. Questo comincerebbe a somigliare molto alla realizzazione di un affascinante sensore ambientale, ha affermato Jeff Hasty, professore di bioingegneria della UC San Diego e autore senior del Natura carta. I ricercatori nel suo laboratorio hanno anche sviluppato sofisticati sistemi microfluidici in grado di controllare le condizioni ambientali dei loro E. coli cellule con grande precisione. Ciò consente ai bioingegneri di tracciare esattamente quali condizioni ambientali influenzano la frequenza di lampeggio dei loro orologi.

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