Punktem wyjścia dla uczonych ze Stanford było sformułowanie przez jednego z autorów biologicznego tranzystora, Drew Endy’ego, tezy, ze każdy system, który odbiera informacje, przetwarza je i używa tych danych  do kontrolowania swojej dalszej aktywności jest swego rodzaju systemem komputerowym. Postanowił on potraktować w ten sposób bakterie-przejąć nad nimi kontrolę z użyciem tranzystorów, które jako proste włączniki mogą kontrolować funkcjonowanie bardziej złożonych systemów, w tym przypadku-całych organizmów.

W roli tranzystorów doskonale sprawdziły się cząsteczki DNA, których aktywność można dość łatwo modyfikować z użyciem specyficznych enzymów. W ten sposób udało się zbudować ciąg prostych bramek logicznych, które w pożądany sposób modyfikują funkcje bakterii. Zasadę działania bramek uczony wyjaśnia w filmie:

Podstawową zasadą działania transkryptorów, inaczej nazwanych genetycznymi tranzystorami stało się więc użycie tych sygnałów molekularnych, kontrolujących ekspresję genów. Umożliwiają one implantację prostych systemów genetycznych do żywych komórek. Te specjalnie zaprogramowane w odpowiedzi na różne kombinacje cząsteczek dają różne sygnały. Stają się w ten sposób specyficznymi biosensorami, które są tak zaprogramowane, aby dokonać detekcji specyficznych sygnałów świadczących o pewnych nieprawidłowościach mających miejsce w komórce, które wynikają ze zmian w obrębie zawartości jej materiału genetycznego. Kluczowe jest także to, że udało się wypracować specyficzne metody detekcji powstałe w oparciu o fakt, że komórki bakterii w obecności danych wskaźników nabywają nowe, mierzalne funkcje.

Ostatnie doniesienia sugerują, że w oparciu o taką technologię można stworzyć proste testy do diagnostyki tak powszechnych schorzeń jak cukrzyca. To osiągnięcie uczonych z Uniwersytetu Montpellier, którzy we współpracy z uczonymi ze Stanford i oparciu o metodę opracowana przez nich dwa lata wcześniej przekształcili bakterie Escherichia coli w proste testy diagnostyczne. Zasada ich działania opiera się na rozpoznawaniu obecności glukozy w próbkach moczu pacjentów. Jak wiadomo jest to poważny sygnał ostrzegawczy, świadczący o pewnych nieprawidłowościach. Jest wskazaniem do oznaczania tego cukru w surowicy krwi, ale przede wszystkim potencjalnym głównym objawem zachorowania na tę chorobę. Bakterie w obecności glukozy zmieniają swoja barwę, co powiązane jest ze specyficzna kontrolą ekspresji genów odpowiedzialnych za ich zabarwienie.

Schemat ukazujący podstawy metody wykorzystania zmodyfikowanych bakterii w diagnostyce cukrzycy (źródło: ScienceDaily, J. Bonnet/ Inserm)

Przed tą nowatorską metodą stoi jeszcze kilka znaczących wyzwań, między innymi fakt, że początkowo w przypadku hodowli z wykorzystaniem złożonych podłoży modyfikowane bakterie generowały niewiarygodne wyniki. Niski stosunek sygnału do szumu to kolejny problem, utrudniający znacznie proces detekcji. Metoda odkryta przez naukowców z Montpellier ma jednak także niewątpliwe zalety, takie jak zdolność tran skryptorów  do amplifikacji, dzięki czemu możliwe jest wykrycie markerów występujących w bardzo małych ilościach. Wyniki są jednoznaczne i od razu możliwe do odczytania,poprzez połączenie genetycznych tranzystorów z systemami detekcji. Całości dopełnia fakt, że wyniki testów mogą być przechowywane w bakteryjnym materiale genetycznym nawet przez kilka miesięcy.

Natalia Martuzalska