פיתוח מעגל משולב מחיידקים

מדענים הצליחו לפתח מעגל חשמלי ביולוגי משולב באמצעות תכנות חיידקים כך שישנו את ביטוי הגנים שלהם עבור כלל האוכלוסייה, כלומר מעין את המקבילה הביולוגית למעגל מודפס במחשבים

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
מדענים הצליחו לפתח מעגל חשמלי ביולוגי משולב באמצעות תכנות חיידקים כך שישנו את ביטוי הגנים שלהם עבור כלל האוכלוסייה, כלומר מעין את המקבילה הביולוגית למעגל מודפס במחשבים.
___________________________________________________________
מדענים מאוניברסיטת רייס הצליחו ליצור מעגל חשמלי חי ממגוון סוגים של חיידקים המשתפים פעולה ביניהם והגורמים לשינויים בביטוי חלבונים. המיזם, המתואר בכתב-העת המדעי היוקרתי Science, מציג, לראשונה אי-פעם, מקבילה ביולוגית למעגל ממוחשב. מטרת החוקרים היא לשנות מערכות ביולוגיות באמצעות שליטה על האופן שבו חיידקים משפיעים זה על זה.

הקיבה של בני האדם מכילה סוגים רבים של חיידקים, אומר הביולוגMatthew Bennett מאוניברסיטת רייס. “באופן טבעי הם יוצרים יחדיו אוסף מגוון. אחד הרעיונות הוא להנדס חיידקים שיוכלו להיות מוחדרים לתוך הקיבה, וכך יהוו חלק מהאוסף המגוון שם. פעילותם יחדיו בשיתוף פעולה תביא להשפעה גדולה יותר מאשר אם הם היו פועלים בנפרד”.
החוקרים הצליחו ליצור שני זנים של חיידקים שעברו שינוי גנטי האחראי לוויסות הייצור של חלבונים החיוניים בתהליכי איתות בין-תאיים, מה שמאפשר לתאים לשתף פעולה יחדיו. היכולת לשנות את הדנ”א ולגרום בכך לתאים לייצר חלבונים מוגדרים כבר הפכה לפעולה שימושית, למשל, על ידי הנדסת חיידקים שיוכלו לייצר ביו-דלקים וכימיקלים בעלי תועלת.
“המוקד העיקרי בתחום של ביולוגיה סינתטית הוא היכולת להנדס תאים יחידים”, אומר החוקר הראשי. “אך כיום אנו מתקדמים לעבר מערכות מרובות תאים. אנו מעוניינים שהתאים יתאמו את הפעילויות שלהם במטרה להפיק תגובה רצויה לנו”. החוקרים השיגו את מטרתם באמצעות שינוי גנטי של החיידק הנפוץ אשריכיה קולי. על ידי ייצור וערבוב של שתי אוכלוסיות שונות מבחינה גנטית, הם עודדו את החיידקים לשתף פעולה ביניהם. החיידקים פעלו יחדיו הגם שביצעו מטלות מנוגדות: אוכלוסייה אחת הגבירה את הביטוי של גנים מוגדרים, והאוכלוסייה השנייה עיכבה את הביטוי של הגנים. יחדיו, שתי האוכלוסיות יצרו תנודות סדורות – פסגות ועמקים קצביים – של תעתוק גנים באוכלוסיית החיידקים המשותפת. שני הזנים החדשים של החיידקים ייצרו מולקולות האחראיות לאיתות בין-תאי והפעילו בכך מחזורי משוב חיובי ושלילי מקושרים שהשפיעו על ייצור הגנים בכלל האוכלוסייה. החוקרים דאגו ששני הזנים החדשים ייצרו גנים פלואורסצנטיים כך שניתן יהיה לנטר את פעילותיהם. בנוסף, החיידקים הוכנסו לתוך התקנים מיקרו-נוזליים שם ניתן היה לנטר אותם ביתר קלות במהלך כל ניסוי.
החוקר הראשי טוען כי מחקרו יוכל לסייע למדענים להבין כיצד תאים מתקשרים ביניהם, גורם חשוב בכל ניסיון להיאבק במחלות. “בגוף שלנו יש סוגי תאים שונים רבים, החל מתאי עור ותאי כבד וכלה בתאי לבלב, ועדיין כולם מתאמים את הפעילות שלהם כך שהגוף שלנו יפעל כראוי,” הוא מסביר. “לשם כך, הם שולחים מולקולות איתות קטנות המיוצרות בסוג תאים אחד ומשפיעים על סוג תאים אחר. השתמשנו בעיקרון הזה ושילבנו אותו בתוך אורגניזמים פשוטים במיוחד בכדי לבחון אם נוכל להבין ולבנות מערכות רב-תאיות מאפס”. “אחד מהיישומים האפשריים הוא לפתח יוגורט הכולל בתוכו חיידקים מהונדסים”, אמר החוקר. “המטופל ניזון מהיוגורט והרופא יכול לשלוט באוכלוסיית החיידקים בעזרת התזונה של המטופל. שילובים מסוימים של מולקולות בתוך המזון שלנו יכולים להדליק או לכבות את המערכות בחיידקים המהונדסים ולהשפיע באופן מבוקר על תכולת החיידקים בקיבה שלנו”.

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר