细菌的计算

麻省理工学院的研究人员公布一系列传感器,记忆开关,电路可以编码在普通人类肠道细菌叫多形拟。

这些基本计算元素允许细菌意义上,记住,在肠道和响应信号,未来可能包括应用程序的早期检测和治疗炎症性肠病或结肠癌。

研究人员之前构建的基因电路内部生物模型如大肠杆菌。然而,这些菌株只发现在低水平在人类肠道内,根据盖,副教授的生物工程和电气工程和计算机科学,领导这项研究与克里斯托弗•沃伊特麻省理工学院生物工程教授。

“我们想与菌株像亚种存在于许多人的丰富的水平,并能稳定在肠道很长一段时间,”陆说。

插图描绘了叫多形拟杆菌(白色)生活在哺乳动物细胞在肠道涂粉色(大细胞微绒毛)和被激活体内添加化学信号(小绿点)来表达特定基因,如编码发光荧光素酶蛋白(发光的细菌)。版权:珍妮特·埃瓦萨

研究小组开发了一系列程序,可用于精确基因部分细菌中的基因表达。“使用这些零件,我们建立了四个传感器,可以在细菌的DNA编码的响应信号开关基因亚种内断断续续,“沃伊特说。

这些可以是食品添加剂,包括糖,让细菌控制的食品吃的主机,沃伊特补充道。

细菌的“记忆”

感觉和肠道病理报告,包括出血或发炎的迹象,细菌需要记住这些信息和外部报告。使他们能够做到这一点,研究人员配备亚种与遗传记忆的一种形式。他们使用一个类的蛋白质被称为可,可以记录信息到细菌DNA识别特定DNA地址和反相的方向。

研究人员还实现了一个技术称为CRISPR干扰,可以用来控制哪些细菌基因开启或关闭。研究人员用它来调节能力的亚种消费特定营养和抵制由抗菌分子被杀。

研究人员表明,他们的遗传工具和交换机运行亚种内殖民小鼠的肠道。当老鼠的食物包含正确的成分,他们表明,细菌能够记住的老鼠吃什么。

扩大工具包

研究者们现在打算扩大他们的工具的应用,不同种类的拟杆菌属。这是因为肠道的微生物组成因人而异,这意味着一个特定的物种可能占主导地位的细菌在一个病人,而不是别人。

“我们的目标是扩大我们的广泛的细菌基因工具箱,是重要的人类肠道共生的有机体,”陆说。

利用微生物的概念意义和应对疾病的迹象,也可以用在身体的其他地方,他补充道。

此外,更先进的遗传计算电路可以建立在拟杆菌的基因工具箱来提高业绩的非侵入性诊断和治疗。

“例如,我们想有很高的敏感性和特异性诊断疾病时工程细菌,”陆说。“为了实现这一点,我们可以工程师细菌检测多个生物标志物,且仅产生反应时都是礼物。”

汤姆·埃利斯组长合成生物学中心的伦敦大学帝国理工学院并没有参与这项研究。他说,本文以许多最好的工具,已经开发了合成生物学有大肠杆菌和移动他们的应用程序使用一个常见的肠道细菌类。

“而另一些开发工具和应用程序工程基因电路,或生物传感器,在细菌中,然后放置在肠道中,本文从人群中脱颖而出,首先工程拟杆菌属的一个成员,最常见的一种细菌中发现我们的勇气,”艾利斯说。

迄今为止,研究已经表明方法的有效性在老鼠中,还会有很长的路要走,才能被批准用于人类,艾利斯说。

然而,真正开启了一天的可能性有基因工程细胞常驻在我们的勇气很长一段时间,他说。“这些能做的任务像传感和记录,甚至治疗分子的原位合成为当他们是必要的。”