Bakterier Kan Programmeres Til At Samle Strukturer Fra Guldpartikler

{h1}

Bakteriekolonier programmeret med syntetiske gener kan samle mikroskopiske guldpartikler i nyttige indretninger som sensorer.

Bakteriekolonier programmeret med syntetiske gener kan samle mikroskopiske guldpartikler i nyttige enheder som sensorer, en ny undersøgelsesfund.

Dette arbejde er et bevis på evnen til at vokse en funktionel enhed, der starter fra en enkelt celle, siger undersøgelsesleder forfatter Lingchong You, en syntetisk biolog ved Duke University i Durham, North Carolina. "Denne proces er analog med programmering af en celle til at vokse et helt træ."

Naturen er fuld af eksempler, hvor levende ting skaber strukturer ved at kombinere organiske og uorganiske materialer. Mollusker vokser til eksempel skaller, og mennesker vokser knogler ved vævning af calciumbaserede molekyler med organiske komponenter. [Storslået mikrophotografi: 50 små underværker]

Evnen til at bruge bakterier til fremstilling af apparater kunne have mange fordele i forhold til de nuværende fremstillingsprocesser, du og hans kolleger sagde. For eksempel bruger biologisk fabrikation råmaterialer og energi meget effektivt og er typisk miljøvenlig, sagde de.

Tidligere undersøgelser anvendte succesfuldt bakterier til at samle enheder, der indbefattede metalliske komponenter og andre uorganiske dele. I et 2014-studie, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Materials, vævede forskere hos MIT og deres kolleger bakterier og uorganiske komponenter, såsom guldpartikler og mikroskopiske krystaller, i hybridmaterialer, der kunne udstråle lys eller lede elektricitet.

Men i 2014-undersøgelsen behøvede bakterierne stadig uden for coaxing for at samle strukturer. Nu har forskere fundet ud af en måde at genetisk programmere bakterier på, så de fremstiller enheder på egen hånd.

Den nye studie forskere indarbejdet en række syntetiske gener i E coli, en mikrobe, der er almindelig i den menneskelige tarm. Disse gener arbejdede sammen lidt som komponenterne i et elektronisk kredsløb for at udføre et sæt biologiske instruktioner.

En demonstration af tryksensoren, der er bygget af bakterier i aktion som forsker, slår nogle Morse-kode ud.

En demonstration af tryksensoren, der er bygget af bakterier i aktion som forsker, slår nogle Morse-kode ud.

Kredit: Will (Yangxiaolu) Cao, Kara Manke / Duke University

Bakteriernes kolonier voksede ind i kuppellignende strukturer. Forskerne kunne ændre koloniernes størrelse og form ved at kontrollere egenskaberne hos de porøse membraner, de voksede på. For eksempel ændrede porernes størrelse eller hvor meget membranerne afstødte vand påvirkede, hvor mange næringsstoffer der kunne nå mikroberne og dermed ændre deres vækstmønster, ifølge undersøgelsen.

Genkredsløbet i bakterierne havde også mikroberne, der genererede et protein, der låste på specifikke uorganiske forbindelser - i dette tilfælde mikroskopiske guldpartikler. Dette fik bakterierne til at skabe gyldne skaller om størrelsen af ​​en gennemsnitlig freckle, sagde forskerne.

Disse gyldne skaller kunne bruges som tryksensorer, ifølge forskerne. Forskerne brugte kobberledninger til at forbinde gyldne kupler med lysdioder. Når tryk blev påført på en kuppel, øgede deformationen sin elektriske ledningsevne, hvilket førte LED'en forbundet til den for at lyse en vis mængde afhængigt af mængden af ​​tryk påført.

"For mig var den mest overraskende og spændende del af forskningen, at tryksensoren fungerede så godt," sagde du. "Da vi først kom på det enkle design, troede vi, at strukturen ville være for skrøbelig, så hele enheden kunne kollapse efter et enkelt tryk. Det viste sig dog, at kompositstrukturen var ret fjedrende. Trykføleren arbejdede på mange runder af presning. "

Forskerne understregede, at de potentielt kunne producere langt mere end blot tryksensorer med bakterier. "Vi kunne bruge biologisk følsomme materialer til at skabe levende kredsløb," siger lead lead author Will (Yangxiaolu) Cao, en postdoktorale forsker ved Duke University, i en erklæring. "Eller hvis vi kunne holde bakterierne levende, kan du forestille dig at lave materialer, der kunne helbrede sig selv og reagere på miljøændringer."

Forskerne advarede om, at biofabricering af genetisk modificerede celler er i sin barndom. "Processen er helt sikkert kedelig og kræver enorm teknisk know-how, og den resulterende trykføler vil være besværlig i forhold til kommercielt tilgængelige," sagde du.

Stadig, "hvad arbejdet demonstrerer er en fundamentalt ny tilgang til at samle strukturerede materialer," sagde du. Denne strategi har potentiale til at samle materialer, der kan reagere på flere signaler, "tilpasse sig til miljøet og selvhelbredende, ligesom materialer samlet af biologiske organismer i naturen - for eksempel tænder, knogler."

Fremtidig forskning vil sigte mod at bruge bakterier til at fremstille flere forskellige strukturer, sagde du. Heand hans kolleger detaljerede deres resultater online i dag (9. oktober) i tidsskriftet Nature Biotechnology.

Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com