Testek Internete: A CRISPR használata a genom elektromos csatlakoztatására és vezérlésére

Csakúgy, mint az Internet of Things (IoT), az IoB az emberi test interneten keresztüli hozzáférésére és ellenőrzésére utal. Itt részletezzük, hogyan használható a CRISPR a genommal való elektromos összeköttetésre, valamint az E. coliban és a Salmonellában található transzkripciós információs hálózatok koncepciójának bizonyítékaként.

A technológia átalakító szerepet játszott életünkben, és az emberi egészségre gyakorolt ​​hatása soha nem érezhető jobban, mint a Covid-19 globális világjárvány jelenlegi időszakában.

Ebben a forgatókönyvben autonóm egészségérzékelő és működtető rendszerek fejlesztése, amelyeket zárt hurkú rendszereknek is neveznek, amelyek „érzékelnek” és „cselekszenek” egy biológiai állapot felé (Kovatcsev). és mtsai., 2009; Berényi és mtsai., 2012), kritikus szerepet játszhatnak a jövő egészségügyi válságainak kezelésében. Az elektronikus zárt hurkú emberi egészségügyi rendszerek sikeres alkalmazása a biológiai működtetés új módszereinek kidolgozásától függ, amelyek eddig az évszázados neurális stimulációra és optogenetikára korlátozódtak.

A biológiai működtetés terén elért közelmúltbeli előrelépések a szintetikus biológiából fakadnak, ahol csoportunk és mások olyan génáramkörökről számoltak be, amelyek az elektromos jelekre reagálnak a kívánt gén kifejeződésével (Weber és mtsai., 2008; Tschirhart és mtsai., 2017; Krawczyk és mtsai., 2020). Egy korábbi publikációban csoportunk részletezett egy redox-alapú bakteriális SoxS promótert, amely reagál a külső elektródán keresztül generálható specifikus elektrokémiai jelekre.

Ennek a promóternek a használatával a kívánt specifikus transzgének expresszálhatók baktériumokban programozott elektromos ingerekre válaszul. Ebben a munkában megtettük a következő logikai ugrást ehhez a technológiához, vagyis elektromos jelek felhasználásával a sejtek genomjában lévő transzkripciós hálózatok összekapcsolására és szabályozására (Bhokisham és társai, 2020).

Nyomozásunk elősegítése érdekében a CRISPR technológiát használtuk, amely lehetővé teszi a genom bármely konkrét célpontjának megcélzását. Pontosabban, a dCas9 alapú transzkripciós aktivátort használtuk a kiválasztott érdeklődésre számot tartó gének elektromos aktiválására és elnyomására.

Először is integráltuk a CRISPR rendszert a SoxR alapú elektro-reszponzív promóterrel, optimalizáltuk a CRISPR rendszerben részt vevő különböző komponenseket, hogy hangolható és indukálható rendszert hozzunk létre. Ily módon a CRISPR segítségével elektromosan aktiváltuk a LasI-t, egy autoinduktor-1 (AI-1) szintázt, amely az AI-1, a kvórumot érzékelõ mediátor termelését eredményezi (2. és 3. ábra).

Később a CRISPR aktivátort újrahasznosítottuk, hogy egyidejűleg bizonyos géneket is elnyomjon. Mivel a SoxS-promotert mozgató elektrokémiai ingerek oxidatív stresszt is indukálnak, a bakteriális sejtek aktiválják a belső stressz-védelmi válaszokat, hogy csillapítsák az elektromos ingereket. Az újrahasznosított CRISPR aktivátort használtuk az oxidatív stressz elleni védekezés aktiválásának visszaszorítására. E. coli és a S. enterica, ami az elektromos ingerekre reagáló promóter fokozott kimenetéhez vezet (4. ábra).

Ha a bioelektronikus interfészen a komplex térbeli-időbeli jelgradiensek kontextusába helyeztük, az elfojtott oxidatív stressz elleni védekezéssel rendelkező sejtek jobban igazodtak a külső jelgradiensekhez képest (5. ábra).

A külső környezettel való jobb kongruencia fenntartása érdekében a genom egyes elemeinek elnémításának koncepciója a természet ihlette, és megtalálható az embriogenezisben és az élesztőben is (Yu és mtsai., 2008; Paulsen és mtsai., 2011).

Olvassa el a teljes történetet itt ...