Bakterien gemacht zu imitieren Zellen bilden Gemeinschaften: Synthetische Biologen prompt teilenden Bakterien zu unterscheiden, wie die Stammzellen

Rice University-Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, einen Ingenieur, eine neue Art der Zelldifferenzierung in Bakterien, inspiriert durch einen natürlich vorkommenden Prozess in den Stammzellen.

Sie haben einen genetischen Schaltkreis in der Lage zu produzieren genetisch definierten Zellen von Escherichia-coli-Bakterien wie das Bakterium sich teilt. Durch die Steuerung dieses Prozesses ist es möglich, vielfältige Gemeinschaften von Mikroben, die Ausstellung mit komplexen, nicht-native Verhalten.

Reis synthetischen Biologen Matthew Bennett und Sara Molinari, ein ehemaliger student in der Universität-Systeme, Synthetische und Physikalische Biologie Ph. D.-Programm, führte das Projekt zu zeigen, wie die Manipulation des genetischen Codes von Plasmiden — frei-schwimmenden Stücke von Zirkulärer DNA in Zellen — kann verwendet werden, um Stammzellen-wie die Differenzierung von Bakterien.

„Stammzellen haben die Bemerkenswerte Fähigkeit, sich zu teilen sich asymmetrisch,“ Bennett sagte. „Nach der Spaltung, die ursprüngliche Stammzelle bleibt gleich, aber die neue tochterzelle hat ein völlig neuer Phänotyp. Das asymmetrische Zellteilung, und mehrzelligen Organismen, die es verwenden, um zu helfen, die Kontrolle Ihrer zellulären make-up.

„Als synthetische Biologe, ich denke, eine Menge über das erstellen und Steuern von differenzierten Zelltypen innerhalb eines vielzelligen Bevölkerung“, sagte er. „Hier, wir haben genommen, was wir wissen über Stammzellen und entwickelt die Mittel, es zu tun in Bakterien.“

Die Forscher berichteten über die Entwicklung, die Sie rufen asymmetrische plasmid-Partitionierung (APP), in der Natur-Chemischen Biologie.

Molinari zum ersten mal entdeckt, wie Kraft Plasmide in E. coli zu Aggregat in einem einzigen cluster, so dass Sie nicht homogen verteilen während der Zellteilung, sondern vererbt werden, nur eine der beiden Tochterzellen. Die plasmid-beladenen Zelle der Tochter bleibt identisch zu der Progenitorzellen, während seine Geschwister wird ein Unikat, da verliert es die genetische information auf Plasmiden.

Sie erweitert die synthetischen Schaltung zu induzieren, um die gleichzeitige asymmetrische Aufteilung der beiden plasmid-Spezies in einer einzelnen Zelle, was sich in vier genetisch unterschiedliche E. coli. Einige der Zellen Motilität programmiert; Sie können buchstäblich Ihre eigenen Wege zu gehen und helfen, form und Muster in der entstehenden Kolonie.

„Als wir anfingen, haben wir uns Gedanken über die Schaffung von Materialien, die in der Lage, Sinn und passen zur Umgebung,“ sagte Molinari, der vor kurzem erwarb Ihr Doktorat an der Rice. „Wir dachten uns, wenn wir könnten, imitieren diese Funktion höherer Ordnung Geweben, würden wir erhöhen die Robustheit unserer Kolonien und Ihre Fähigkeit, Aufgaben zu erfüllen. Die Herausforderung war Ingenieur einer Bevölkerung von Bakterien, wird etwas anderes, wenn es notwendig ist.“

Molinari und Kollegen den jackpot auf Ihren ersten versuchen mit E. coli. „Es war keine übliche Weg, um Ingenieur asymmetrische Zellteilung“, sagte Sie. „Es war eine verrückte Idee, und Sie magisch arbeitete die erste Zeit.

„Aber es war etwas, das wir konnte nicht ganz herausfinden, über das system“, sagte Molinari. „Es dauerte zwei Jahre, um das herauszufinden, machte ich einen Fehler beim Klonen hab ich dieses protein und steckte es in meine plasmid. Ich hatte zufällig Hinzugefügt 17 Aminosäuren am Anfang des proteins, und das machte das ganze system funktioniert.“

Mit diesem wissen fuhr Sie zu verbessern auf der hydrophoben Proteine, die cluster in den Zellen, während Sie binden an target-Plasmide, halten Sie an Ihrem Platz.

Bennett bemerkt Natürliche Prozesse entweder laden genügend Plasmide in eine Zelle, um sicherzustellen, dass etwas land in jede Zelle der Tochter oder aktiv ziehen Plasmide in jeder der neuen Zellen, um sicherzustellen, dass Sie identisch bleiben. „Wir haben gezeigt, wir können outcompete diesen Prozessen“, sagte er.

APP verwandeln könnte einfache Organismen in komplizierte Systeme, die zu einem besseren Verständnis des vielzelligen Lebens. „Wir sind ziemlich gut im entwerfen von Bakterien,“ Bennett sagte. „Wir haben seit Jahren jetzt. Ich denke, der Bereich hat sich weiterentwickelt bis zu dem Punkt, wo wir erstaunliche Dinge tun kann, die mit Bakterien und Menschen Fragen, was wir sonst noch tun können.“

Die neue Entdeckung, sagte er, bietet einen Weg vorwärts.

„Es gibt drei wichtige Ecksteine, um vielzelligen Lebens“, sagte er. „Eine Differenzierung durch asymmetrische Zellteilung. Ein weiteres ist die interzelluläre Kommunikation, die synthetischen Biologen worden engineering seit Jahren. Und der Dritte ist die Zell-Adhäsion, so dass die Zellen bleiben wo Sie sollen und halten sich gegenseitig. Wenn wir kontrollieren können, alle diese Dinge zusammen, wir können darüber reden engineering interessant mehrzelligen Lebensformen.

„Es beginnt zu fühlen, ein bisschen wie science-fiction, das ist sicher“, sagte er.