Бактерии могут быть запрограммированы на создание структур из золотых частиц

Новое исследование обнаружило, что колонии бактерий, запрограммированные синтетическими генами, могут собирать микроскопические частицы золота в полезные устройства, такие как датчики.

Эта работа является доказательством «способности вырабатывать функциональное устройство, начиная с одной клетки», — сказал старший автор книги Lingchong You, синтетический биолог из Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина. «Этот процесс аналогичен программированию ячейки для выращивания всего дерева».

Природа полна примеров, в которых живые существа создают структуры, комбинируя органические и неорганические материалы. Например, моллюски выращивают раковины, а люди растут в костях, плетя молекулы на основе кальция с органическими компонентами.

Способность использовать бактерии для изготовления устройств может иметь много преимуществ для текущих производственных процессов. Например, биологическое производство очень эффективно использует сырье и энергию и, как правило, является экологически чистым.

Предыдущие исследования успешно использовали бактерии для сборки устройств, которые включали металлические компоненты и другие неорганические части. В исследовании 2014 года, опубликованном в журнале NatureMaterials, ученые в Массачусетском технологическом институте и их коллеги скомбинировали бактерии и неорганические компоненты, такие как частицы золота и микроскопические кристаллы, в гибридные материалы, которые могли излучать свет или проводить электричество. Теперь ученые разработали способ генетически программировать бактерии, чтобы они сами производили устройства.

Исследователи включили ряд синтетических генов в кишечную палочку, который распространен в кишечнике человека. Эти гены работали вместе как компоненты электронной схемы для выполнения набора биологических инструкций.

Колонии бактерий превратились в куполообразные структуры. Исследователи могли изменить размер и форму колоний, контролируя свойства пористых мембран, на которых они выросли. Например, изменение размера пор или количество отброшенных мембран воды повлияло на то, сколько питательных веществ может достигнуть микробов и, таким образом, изменить их прирост, согласно исследованию.

Схема гена в бактериях также имела микробы, генерирующие белок, который фиксируется на определенных неорганических соединениях — в данном случае микроскопических частиц золота. Исследователи сказали, что это вызвало появление бактерий для создания золотых оболочек.

По словам ученых, эти золотые оболочки могут использоваться в качестве датчиков давления. Исследователи использовали медные провода для подключения золотых куполов со светодиодами. Когда к куполу прикладывалось давление, эта деформация увеличивала его электропроводность, приводя к тому, что светодиод подключался к нему, чтобы осветить определенное количество времени в зависимости от применяемого давления.

«Для меня самой удивительной и захватывающей частью исследования было то, что датчик давления работал так хорошо, — сказал LingchongYou. «Когда мы впервые придумали простой дизайн, мы подумали, что структуры будут слишком хрупкими, и все устройство может рухнуть после одного нажатия. Однако оказалось, что составные структуры были достаточно устойчивыми».

Исследователи подчеркнули, что они могут производить гораздо больше, чем просто датчики давления с бактериями. «Мы могли бы использовать биологически отзывчивые материалы для создания живых схем», — говорится в заявлении ведущего автора Will (Yangxiaolu) Cao, постдокторского исследователя из Университета Дьюка. «Если бы мы смогли сохранить бактерии живыми, то могли бы получить материалы, которые могли бы исцелять их и научить реагировать на изменения окружающей среды».

Исследователи предупредили, что биообработка генетически модифицированными клетками находится в зачаточном состоянии. «Процесс, конечно, утомительный и требует огромных технических ноу-хау, и полученный датчик давления будет дорогим по сравнению с остальными», — сказал LingchongYou. «Тем не менее, то, что демонстрирует работа, является принципиально новым подходом к сборке структурированных материалов».

LingchongYouутверждает, что будущие исследования будут направлены на использование бактерий для изготовления более разнообразных структур.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить