Los bioingenieros de la Universidad de Rice que se especializan en la creación de herramientas para la biología sintética han presentado la última versión de su "generador de biofunción y" biosciloscopio ", una plataforma optogenética que utiliza luz para activar y estudiar dos circuitos biológicos a la vez.
El generador de biofunción y el biosciloscopio son un conjunto de herramientas de genes y hardware que utilizan luces de colores y bacterias diseñadas para aportar tanto la predictibilidad matemática como la simplicidad de cortar y pegar al mundo del diseño de circuitos genéticos.
"Desafortunadamente, todos los sensores de luz biológica son 'descuidados', ya que tienden a responder a múltiples colores de luz", dijo Jeffrey Tabor, profesor asociado de bioingeniería en Rice. "Hemos desarrollado un modelo matemático detallado para capturarEste descuido y diseño de señales luminosas multicolores que lo compensen para que dos sensores de luz puedan ser controlados de forma independiente en la misma célula. Debido a que la mayoría de los circuitos que controlan los comportamientos biológicos están compuestos por dos o más genes, esta tecnología hará que sea más fácil para nuestrolaboratorio y otros para estudiar sistemas biológicos sintéticos complejos. "
La investigación se describe en un artículo reciente en Biología de sistemas moleculares .
La vida está controlada por circuitos basados en ADN. Estos son similares a los circuitos de los teléfonos inteligentes y otros dispositivos electrónicos con una diferencia clave: la información que fluye a través de los circuitos electrónicos es el voltaje y la información que fluye a través de los circuitos genéticos es la producción de proteínas.Los circuitos genéticos pueden encenderse o apagarse producen proteína o no y pueden sintonizarse para producir más o menos proteína, al igual que el voltaje de un circuito electrónico se puede aumentar o disminuir.
El generador de biofunción y el biosciloscopio, que se crearon por primera vez en el laboratorio de Tabor hace tres años, muestran cuán cercana se mantiene la analogía. Los generadores de funciones y osciloscopios, componentes estándar de los laboratorios de ingeniería eléctrica durante más de 50 años, son instrumentos de prueba que pueden alimentar voltajeseñales en circuitos y muestran cómo el voltaje de la señal varía con el tiempo en otras ubicaciones dentro del circuito. Las pantallas de osciloscopio generalmente muestran funciones de onda y pueden trazar una o más señales a la vez.
El biosciloscopio traza la salida de los biocircuitos exactamente de la misma manera. Las entradas y salidas de los biocircuitos son ligeras. Específicamente, el equipo de Tabor ha desarrollado un generador de biofunción, un conjunto de genes activados por la luz que se pueden usar para activar genesy para regular la cantidad de proteína que producen cuando se enciende. El biosciloscopio comprende otro conjunto de genes que agregan etiquetas fluorescentes al ADN para leer la respuesta del circuito, lo que significa que cuanta más proteína se produce, más luz se emitepor la muestra.
En el nuevo artículo, el reciente doctorado y autor principal Evan Olson y sus colegas probaron nuevas herramientas de función dual utilizando las últimas herramientas de software y hardware optogenético desarrolladas por el laboratorio de Tabor junto con un nuevo modelo matemático para la salida del generador de biofunción.
"El modelo nos permite predecir la respuesta de expresión génica de salida a cualquier señal de entrada de luz, independientemente de cómo cambie la intensidad o la composición espectral de la señal de luz con el tiempo", dijo Olson. "El modelo funciona describiendo cómo la luz decualquier longitud de onda e intensidad se convierte en una población de sensores de luz en los estados 'encendido' o 'apagado'. "
Olson dijo que demostraron el sistema en dos experimentos de prueba de concepto. En el primero, mostraron que el sistema podía compensar las señales "perturbadoras", luz entrante como la de un microscopio o un generador de imágenes fluorescente que de otra manera podría interferir con elseñal optogenética entrante. En el segundo, demostraron un control multiplexado al conducir simultáneamente dos señales de expresión génica independientes en dos circuitos optogenéticos en la misma bacteria. La salida del biosciloscopio muestra las dos funciones como líneas rojas y verdes. Los investigadores demostraron que podían activarlos circuitos genéticos para producir ondas suaves y patrones de escalones, y mostraron que los dos circuitos se podían encender al unísono o en momentos diferentes.
"Este enfoque de multiplexación permite una generación completamente nueva de experimentos para caracterizar y controlar los circuitos biológicos que integran múltiples señales y que son omnipresentes en las redes biológicas, particularmente las que se utilizan para la toma de decisiones y los procesos de desarrollo", dijo Tabor.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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