Памела Сильвер (Pamela Silver) из медицинского колледжа Гарварда (Harvard Medical School) и её коллеги преобразовали геном клетки так, что она смогла запоминать определённые химические воздействия и хранить сигнал о них даже после прекращения «экспозиции».
Данная работа, описанная в статье в журнале Genes & Development, представляет собой один из ярких опытов по синтетической биологии. Учёные давно пробуют конструировать живые системы, создавая для них уникальный генетический код, а эксперименты с клетками, в частности, позволяют проверить, как работает то или иное нововведение.
Сильвер и её команда построили биологическую петлю памяти. Они сконструировали два новых гена, собрав их из нескольких кусочков ДНК, и встроили всё это в геном дрожжевой клетки.
Первый ген активировался, когда клетка подвергалась действию сахара галактоза. Этот ген запускал синтез белка — фактора транскрипции, который в свою очередь давал команду «старт» второму искусственному гену. А второй ген был спроектирован таким образом, что запускал синтез того же самого фактора транскрипции, который его активировал.
Так получилась замкнутая петля обратной связи, никак, однако, не влиявшая на нормальное функционирование клетки.
Пока клетка не «пробовала» галактозу, она работала как обычно. Но стоило лишь добавить сахар в раствор с культурой, как генетическая петля памяти активировалась и клетка начинала всё время вырабатывать специфический фактор транскрипции (что было видно по свечению флуоресцентного красителя). Причём это ключевой момент изобретения: свечение продолжалось безостановочно, даже после того как клетку перестали «кормить» сахаром.
Авторы этой искусственной биологической системы подчёркивают, что её принцип может пригодиться для создания искусственных организмов, способных индицировать уровень загрязнения окружающей среды. И даже кратковременное наличие загрязнителя не пройдёт незамеченным, поскольку будет записано в клеточной памяти.
Аналогичный принцип придётся кстати при разработке новых методов ранней диагностики рака (клетки можно запрограммировать на индикацию определённых повреждений ДНК). Кроме того, исследователи намерены разработать биологический клеточный имплантат для млекопитающего (в перспективе — для человека), который будет суммировать и хранить данные о повреждении клеток тела под действием ультрафиолетового облучения.