Prawda

Wtorek, 12 listopada 2019 - 04:45

« Poprzedni Następny »


Nauka

Jak zmienić bakterie jelitowe w dziennikarzy


Ed Yong 2014-04-06


Jelita są ciemnym i tajemnym światem. Zwykle wiemy co się w nich dzieje tylko wtedy, gdy  dzieje się bardzo źle. Natomiast w naszych jelitach żyją tryliony drobnoustrojów, które dzięki swojemu doświadczeniu „z pierwszej ręki” mogą doskonale opowiedzieć, co się dzieje wewnątrz nas.

Dlatego Pamela Silverz Harvard Medical School, trenuje je jak to robić. Jej zespół zmienia bakterie jelitowe w dziennikarzy – mikroskopijnych reporterów walk toczących się wewnątrz jelit.


Jak do tej pory, badacze wyposażyli  E.coli - zwyczajną bakterię jelitową – w obwód genetyczny umożliwiający wykrywanie i zapamiętywanie występowania antybiotyków. Te bakterie, powstałe w wyniku inżynierii genetycznej, kolonizowały jelita myszy nie powodując choroby. Jeżeli w diecie myszy będzie antybiotyk, wszystkie bakterie zmieniają status, co można stwierdzić badając odchody gryzoni. Zasada jest prosta i pozwala na udowodnienie obecności  antybiotyku i wykrycie, na ile jest skuteczny. Opisywane badanie tworzy podstawy metody umożliwiającej użycie w znacznie bardziej ekscytujących zastosowaniach, które zespół właśnie zaczyna wprowadzać. Wyobraźcie sobie mikroreporterów, którzy mogą odkryć podpisy chemiczne procesów zapalnych, bakterii chorobotwórczych lub toksyn środowiskowych.


Projekt stanowi część rozwijającej się dziedziny biologii syntetycznej. Jej pracownicy wnoszą etos inżynieryjny do świata istot żywych, poprzez łączenie różnych „części” lub „modułów” genetycznych tworząc organizmy o nowych możliwościach. Wiele z początkowych sukcesów świetnie nadawało się do fascynujących pokazów, jak na przykład bakterie fotograficzne, ale obecnie ta dziedzina rozpoczyna zajmować się poważnymi zastosowaniami, takimi jak drożdże produkujące  leki przeciwmalaryczne, komórki mające zdolność do autodestrukcji w momencie, gdy stają się komórkami rakowymi, czy bakterie powodujące tworzenie dłuższych korzeni przez rośliny . „Zmęczyliśmy się produkując systemy będące zabawkami i niemające rzeczywistego zastosowania” powiada Silver.


Aby stworzyć swoją bakterię reportera, Silver zbudowała zespół wraz z dwoma partnerami – Jeffrey’em Way’em z  Harvard’s Wyss Institute oraz wirusem zwanym lambda. Lamda jest bakteriofagiem – wirusem zarażającym bakterie. Cykl życiowy tego faga obejmuje dwa stadia – jedno, gdy aktywnie rozmnaża się i zabija swojego gospodarza oraz drugie, gdy się przedostaje do genomu gospodarza i pozostaje tam uśpiony i niegroźny.


Przełącza się między tymi dwoma stadiami za pomocą genetycznego przełącznika obejmującego dwa geny - cl i Cro - które równocześnie nawzajem się blokują. Gdy bitwę wygra cl a Cro jest nieaktywne, wówczas fag wybiera tryb życia uśpiony, ukryty. Natomiast, gdy zwycięzcą jest Cro a cl jest nieaktywne, wówczas fag wybiera bardziej śmiercionośną drogę życiową. Wpływ środowiska, taki jak głód lub promieniowanie, może naruszyć równowagę pomiędzy dwoma genami, przełączając faga z jednego trybu życia na drugi.


Przełącznik lambdy był idealny dla potrzeb Silver i Way’a - dostarczył metodę zmiany pomiędzy dwoma stanami, zależny od sygnału zewnętrznego. Ma również wielkie zalety.


Po pierwsze, w latach 1970-ych i 1980-ych  naukowcy, tacy jak Mark Ptashne, dokładnie opisali pracę przełącznika na najbardziej podstawowym poziomie; natomiast Silver wcześniej  pracowała w laboratorium Ptashne'a, a Way w laboratorium tuż obok. „Zrozumieliśmy działanie przełącznika na poziomie szczegółowym, jakiego nie można znaleźć w żadnym z podręczników” jak mówi Silver.


Po drugie przełącznik faga lambda nigdy nie zawodzi. Komórka działa w chaotycznym środowisku a geny włączane są przypadkowo przez cały czas. Lecz dla lambdy byłoby to katastrofalne – gdy fag w złym momencie przełączy się i uruchomi zabijanie ryzykuje, że zginie ze swoim gospodarzem. Tak, więc w toku naturalnej selekcji powstał przełącznik, który działa na zasadzie wszystko albo nic w dwóch możliwych pozycjach i jest nadzwyczaj stabilny. Nie przełącza się przypadkowo. „Spróbuj znaleźć obwód zrobiony przez człowieka działający tak dobrze” mówi Silver.


Zespół pobrał przełącznik z genomu faga lambdy i zaimplantował do bakterii E.coli. Badacze ustawili jego działanie tak, że rozpoczynał w stanie cl a w odpowiedzi na antybiotyk zwany tetracykliną stabilnie przełączał się w stan Cro. W stanie Cro bakteria włączała inny gen, który zmieniał jej kolor na niebieski, gdy wzrastała w prawidłowych warunkach. Uzyskano następujący wynik: gdy bakterie rosły w laboratorium, ich kolor wskazywał czy miały kontakt z tetracykliną. Wykrywały, pamiętały i raportowały.


Na początku członkowie zespołu Jonathan Kotula i Jordan Kerns sprawdzili zmodyfikowany przełącznik na laboratoryjnym szczepie E.coli. Następnie, wykazali, że działa również w stanie dzikim i rzeczywiście mieszka w jelitach myszy. Następnie nakarmili myszy stworzonym szczepem bakterii, który się zadomowił i zachowywał dokładnie w taki sposób jakiego oczekiwali. Ważne są obie fazy – zespół musiał sprawdzić przyszłe obwody genetyczne w laboratorium – wyhodować mikroby, które nie będą powodowały problemów naturalnym bakteriom, a po udoskonaleniu będą działały w naturalnych szczepach myszy


Chris Voigt
z MIT wyraził swoje zdumienie, szczególnie tym, że obwód „działał tak niezawodnie w trudnych warunkach panujących w jelitach myszy”. Wielu biologów syntetycznych próbowało programować komórki z użyciem specyficznych obwodów genetycznych i często się zdarzało, że to co działa w laboratorium, zawodziło w warunkach naturalnych. „Jest to jeden z niewielu przykładów – jeżeli nie jedyny – obwodu działającego poza probówką testową lub fermentorem” stwierdza Voigt.


Aktualnie Silver i Way ciężko pracują nad następnymi zastosowaniami, z których wszystkie wykorzystują przełącznik lambdy jako podstawę. Ich ostateczną wizją jest stworzenie bakterii, która nie tylko będzie wykrywała zmiany w jelitach, lecz także na nie reagowała. Wyobraźcie sobie szczep, który wykrywa wczesne stadia zapalenia i produkuje lek przeciwzapalny, lub wyczuwa szkodliwy gatunek mikroba i produkuje antybiotyk. Wówczas bakterie byłyby dziennikarzami i lekarzami.


„Wiemy, że to będzie działało" mówi Silver. „Już mamy pewne wstępne dane. Gdy poznamy podstawy działania tego urządzenia, możemy je programować, umieszczać w dalszych częściach procesu, jako leki lub na wcześniejszych etapach, jako czujniki”.


Zrealizowanie takich zastosowań może zająć lata; dzisiaj praca zespołu stanowi świadectwo jak duże znaczenie ma nauka podstawowa. W latach 1970. i 1980. żaden z badaczy zajmujących się fagami nie przypuszczał, że ich praca będzie wykorzystana w taki sposób.


Nawet Way nie był o tym przekonany. Jak  mówi „występowała niesamowita ilość drobnych szczegółów, które nie wydawały się ze sobą powiązane, ani konieczne do wyjaśnienia zagadek życia”   „Lecz właśnie te szczegóły był naprawdę przydatne w inżynierii. Poziom podręcznika nie jest wystarczający, dlatego wiele prób biologii syntetycznej poniosło porażkę  i nie prowadziło do stworzyło odpornych systemów”. Natura tworzy rzeczy proste, lecz by je naśladować, musimy je zrozumieć w najdrobniejszych szczegółach.


Odniesienie:
Kotula, Kerns, Shaket, Siraj, Collins, Way & Silver. 2014. Programmable bacteria detect and record an environmental signal in the mammalian gut. PNAS http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1321321111

Więcej na temat biologii syntetycznej: Czy możemy ocalić świat tworząc na nowo życie?

 

How to turn gut bacteria into journalists

Tłumaczenie: Elżbieta Pląskowska



Ed Yong 

Mieszka w Londynie i pracuje w Cancer Research UK. Jego blog „Not Exactly Rocket Science” jest próbą zainteresowania nauką szerszej rzeszy czytelników poprzez unikanie żargonu i przystępną prezentację.
Strona www autora


Skomentuj     Wyślij artykuł do znajomego:     Wydrukuj




Komentarze
1. Właściwa droga Lengyel 2014-04-06


Nauka

Znalezionych 1029 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Dlaczego nie żyjemy w epoce post-prawdy   Pinker   2019-11-11
Śledząc pochodzenie człowieka   Novella   2019-11-09
Skamieniałe trylobity idące gęsiego. Ale dlaczego to zrobiły?   Coyne   2019-11-06
Saga o złotym ryżu   Novella   2019-11-04
Kolejne badanie rolnictwa organicznego   Novella   2019-11-02
Fabrizio Benedetti pyta: “Czy badania placebo wzmacniają pseudonaukę?”     2019-11-01
Nathaniel Comfort raz jeszcze: nauka nie czyni postępów (czy może robi to?)   Coyne   2019-10-31
Pochwała jednoznaczności   Witkowski   2019-10-29
Stare i nowe  troski o bezpieczeństwo żywnościowe   Ongu   2019-10-28
Powrót Adama i Ewy jako rzeczywistych ludzi, jak proponuje kolejna pseudonaukowa teoria   Coyne   2019-10-25
Pradawne przechowywanie żywności   Novella   2019-10-24
Artykuł w naukowym piśmie ”Nature” dyskredytuje naukę i „scjentyzm”, kwestionuje wartości Oświecenia   Coyne   2019-10-22
Błogosławieni ci, którzy wycofują   Jacoby   2019-10-19
Pro-life czyli czarodziej z Krotoszyna   Koraszewski   2019-10-18
Biologia rozwoju ujawnia ewolucyjną historię   Novella   2019-10-15
Niebezpieczne życie antropologa   Blackwell   2019-10-12
Swędzikami jesień się zaczyna   Łopatniuk   2019-10-11
Jak wieloryb stracił swoje geny   Coyne   2019-10-10
Używanie sztucznej inteligencji do diagnozy   Novella   2019-10-08
Niespodzianka! Koty są tak samo przywiązane do swojego personelu jak psy i niemowlęta   Coyne   2019-10-05
Oburzenie, stronniczość i niestabilność prawdy   Novella   2019-10-04
O zmianie klimatu: ludzkość nie jest „nikczemna”   Lomborg   2019-10-03
Postmodernizm wyjaśniony i krytykowany   Coyne   2019-09-30
Uzdrawianie kryształami   Novella   2019-09-26
Kolejna rewolucja w rolnictwie   Novella   2019-09-24
Opory przeciwko szczelinowaniu są oparte na ideologii, a nie na nauce   Jacoby   2019-09-23
St Paul Island część 5   Lyon   2019-09-21
Co to jest czerwona rtęć?   Novella   2019-09-20
Jaka sztuka siedzi w naszych genach i czy to aby nie kicz?   Koraszewski   2019-09-19
Fałszywe wspomnienia i Fake News   Novella   2019-09-18
Kolejna próba odrzucenia teorii Darwina   Coyne   2019-09-17
Choroba zielonych mięśni   Łopatniuk   2019-09-14
”Sygnalizowanie cnoty” może nas irytować. Cywilizacja byłaby jednak bez niego niemożliwa    Miller   2019-09-13
Foka Weddela wygryza w lodzie otwory do oddychania   Coyne   2019-09-12
DNA i Loch Ness   Novella   2019-09-11
Nowa i ważna czaszka hominina z Etiopii   Coyne   2019-09-10
St Paul Island, Część 4   Lyon   2019-09-06
Biały jak śnieg, żółciutki jak kaczuszka   Łopatniuk   2019-09-04
Pingwiny geje? Nie tak szybko   Coyne   2019-09-03
Czego może nas nauczyć była zwolenniczka antyszczepionkowców, Kelley Watson-Snyder     2019-08-30
Bezzbożowa karma dla psa   Novella   2019-08-29
Odrażające życie płciowe pingwinów białookich   Coyne   2019-08-28
Badanie akupunktury jako terapii na dławicę piersiową   Novella   2019-08-23
Pradawna gigantyczna papuga z Nowej Zelandii: metr wysokości i waga 7 kilogramów!   Coyne   2019-08-22
Alaska — nurniczki i obopólny dobór płciowy   Lyon   2019-08-20
Zła nauka promuje organiczne jabłka   Novella   2019-08-19
Gąsienica zmienia kolor, żeby dopasować się do podłoża nie używając oczu: potrafi widzieć skórą!   Coyne   2019-08-16
Pseudonaukowa histeria to nie jest dobra odpowiedź na klimatyczne wyzwania   Lomborg   2019-08-14
GMO i model deficytu wiedzy   Novella   2019-08-12
Po raz pierwszy użyto edytowania genów CRISPR do leczenia zaburzenia genetycznego – anemii sierpowatej   Coyne   2019-08-08
Maskonury z wyspy St. Paul na Alasce   Lyon   2019-08-07
Zbieg okoliczności czy prawo wielkich liczb?   Novella   2019-08-06
I pijcie łzy moje, czyste rzęsiste   Łopatniuk   2019-08-03
Kształtowanie opinii o nauce i medycynie   Novella   2019-08-02
Nowe badanie dotyczące zwrotu zgubionych portfeli: ludzie na świecie są uczciwsi niż myślisz, ale czytelnik wyliczył, że uczciwość jest większa w mniej religijnych krajach   Coyne   2019-08-01
Praktykowanie medycyny bez uprawnień nie jest wolnością słowa   Novella   2019-07-31
Radujcie się, Ziemia staje się zieleńsza   Ridley   2019-07-30
Spiski wokół ptaków   Novella   2019-07-29
Matt Meselson opisuje swój najsłynniejszy eksperyment (z Frankiem Stahlem)   Coyne   2019-07-26
Niemający rozeznania filozof twierdzi, że gatunki nie istnieją   Coyne   2019-07-23
Więcej złych wiadomości dla dilerów witamin   Novella   2019-07-22
Starożytny ptak z nadzwyczaj długim palcem   Coyne   2019-07-19
YouTube i szarlataneria leczenia raka dietą   Novella   2019-07-18
“Współczesny” Homo sapiens mógł być w Eurazji aż 210 tysięcy lat temu   Coyne   2019-07-17
Hodowanie mini-mózgów z komórek macierzystych   Novella   2019-07-15
Szczepionka HPV działa. Koniec kropka     2019-07-13
Efekt przechodnia   Novella   2019-07-11
Prątkiem w raka, czyli co ma gruźlica do raka pęcherza   Łopatniuk   2019-07-06
Opowieści o nauce zastępują fikcję w Teatrze Narodowym Ugandy   Ongu   2019-07-05
Pleśń w przestrzeni kosmicznej   Novella   2019-07-03
Pterozaury: Czy umiały latać od razu po wykluciu się?   Coyne   2019-07-02
Ludziom rosną rogi? – Złe informowanie o nauce   Novella   2019-07-01
Przemysł ”wellness”   Novella   2019-06-28
Nazywanie zmiany klimatu ”katastrofalną” utrudnia znalezienie realnych odpowiedzi   Lomborg   2019-06-26
Olbrzymie straszyki mają zostać ponownie wprowadzone na wyspę Lord Howe   Coyne   2019-06-25
Amonit (i masa innych stworzeń) znaleziona w birmańskim bursztynie   Coyne   2019-06-21
Ślubowanie o zniesieniu grzechu   Ridley   2019-06-20
Nowe informacje o dzieciach CRISPR   Novella   2019-06-17
Słonie mają fantastyczny węch (lepszy niż psy): są jedynymi zwierzętami, które potrafią rozróżnić inne ilości pokarmu tylko po zapachu   Coyne   2019-06-14
Indyjscy farmerzy wysiali ziarna GMO w proteście obywatelskiego nieposłuszeństwa     2019-06-13
Chcąc zadowolić antyaborcjonistów administracja Trumpa tnie finansowanie badań medycznych przy użyciu tkanki płodowej   Coyne   2019-06-11
Triumf Mao: Światowa Organizacja Zdrowia oficjalnie akceptuje szarlatanerię tradycyjnej chińskiej medycyny     2019-06-04
Ale jak to bezbarwnikowy?   Łopatniuk   2019-06-01
Na zdrowie: izraelscy naukowcy warzą piwo na ”wskrzeszonych” drożdżach sprzed 5000 lat     2019-05-31
Skąd wiemy to, co wiemy?   Novella   2019-05-28
Samice bonobo (ale nie samice szympansów) pomagają swoim synom w zdobywaniu partnerek   Coyne   2019-05-25
Dlaczego ludzie sprzeciwiają się technologiom, które zmniejszają szkody?   Ridley   2019-05-24
Nowa praca o nielotnych chruścielach rażąco przesadzona i wypaczona w popularnych mediach   Coyne   2019-05-22
Trenowanie sztucznej inteligencji, żeby widziała jak człowiek   Novella   2019-05-21
A polać wielką wodą…   Cipiur   2019-05-18
Wykrywanie kłamstw w mózgu   Novella   2019-05-17
Walka o zachowanie bioróżnorodności   Ridley   2019-05-15
Niezwykły przypadek mimikry: skaczący pająk naśladuje gąsienicę   Coyne   2019-05-14
Selektywnie stosowana koncepcja tabula rasa i ideologicznie motywowane nieporozumienia   Cory Clark   2019-05-09
Dlaczego szarlatani nie powinni nadzorować sami siebie     2019-05-08
Kiedy naukowcy nie tolerują odmiennego zdania   Weber   2019-05-07
Przegapione odkrycia w historii nauki   Ridley   2019-05-02
W obronie scjentyzmu   Winegard   2019-04-30
Akupunktura kwantowa   Novella   2019-04-23
Nie tylko kakao   Łopaniuk   2019-04-20

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Schadenfreude



Pseudonaukowa histeria...


Panstwo etc



Biły się dwa bogi


 Forma przejściowa


Wstęga Möbiusa


Przemysł produkcji kłamstw


Jesteś tym, co czytasz,



Radykalne poglądy polityczne


Einstein



Socjologia



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu



Mózg i kodowanie predyktywne



Nocna rozmowa



WSzyscy wiedza



Nieustający marsz



Oświecenie Pinker



Alternatywna medycyna zabija



Kobiety ofiarami



Prometeusz



modyfikowana pszenica



Arabowie



Roboty będą uprawiać ziemię



Sumienie, czyli moralność bez smyczy



Skomplikowana ewolucja



Argument neuroróżnorodności



Nowe badanie pamięci długotrwałej


Listy z naszego sadu
Redaktor naczelny:   Hili
Webmaster:   Andrzej Koraszewski
Współpracownicy:   Jacek, , Malgorzata, Andrzej, Marcin, Henryk