La fotografía bacteriana se vuelve tecnicolor
FELIX MOSERHace más de una década, los investigadores del MIT, dirigidos por el ingeniero biológico Christopher Voigt, diseñaron cultivos bacterianos para producir negativos fotográficos en blanco y negro que reflejaban patrones de luz proyectados en el plato. Aumentar las células para detectar la luz y producir pigmento negro en respuesta requirió solo cuatro genes. Ahora, con un conjunto de 18 genes, el equipo de Voigt ha creado una paleta de colores microbiana que puede pintar un bodegón de frutas, un motivo geométrico de lagarto y un Super Mario saltando. Los resultados aparecen hoy en Nature Chemical Biology (22 de mayo).
“Pensamos en ello como una especie de ‘bacteria disco’” dijo Voigt. «Puedes imaginar diferentes destellos de luz dependiendo de lo que las células necesiten hacer».
Para diseñar bacterias que reaccionen a ciertas longitudes de onda de luz al producir un pigmento particular, el equipo de Voigt aprovechó varios métodos de corte: piezas de tecnología de última generación, incluidos sensores de luz láser optogenéticos, control de expresión génica basado en CRISPR y el propio laboratorio…
encendido, activando circuitos genéticos dedicados que finalmente escupen un producto deseado. En este experimento fotográfico, los productos eran moléculas de pigmento del mismo color que la luz que entraba (rojo, verde o azul) lo que provocaba que el papel fotográfico bacteriano imitara la imagen proyectada sobre él.
La utilidad del sistema va más allá haciendo fotos bonitas. La luz es útil para dirigir la actividad bacteriana porque, a diferencia de las señales químicas, la luz se puede usar de forma remota, es fácil de apagar y ofrece un control espacial y temporal estricto, dijo Voigt. Simplemente no serías capaz de hacer eso con productos químicos, dijo. Sería muy costoso y solo técnicamente desafiante.
Voigt dijo que su equipo diseñó este proyecto casi como si estuvieran armando un kit de Lego Mindstorms. Al igual que el popular juguete de construcción robótico, el sistema Voigt está compuesto por muchas piezas modulares de tecnología que trabajan juntas para producir un comportamiento, pero a diferencia de Legos, el ensamblaje no fue trivial.
Según el profesor de bioingeniería de Duke, Charles Gersbach, la complejidad del sistema de Voigt no tiene precedentes. Estaba impresionado de que un sistema con tantas partes móviles no fuera víctima de interferencias.
No puedes simplemente agarrar esas cosas y unirlas y luego esperar que funcionen de la manera que quieres, dijo Gersbach. Tuvieron que hacer muchos ajustes y marcar el sistema hacia arriba y hacia abajo y también asegurarse de que todas las partes fueran compatibles entre sí.
FELIX MOSERUna hazaña de ingeniería tan compleja es un testimonio de cuán lejos está el campo de la La biología sintética ha llegado, dijo Gersbach, y la programación de sistemas biológicos en el espacio y el tiempo seguramente tendrá muchas aplicaciones interesantes, como la administración de fármacos o la regulación del microbioma.
Uno de los próximos desafíos que Gersbach imaginó es expandir este sistema de producción de bacterias con control de color desde la placa de cultivo planar hasta el mundo 3D. El grupo Voigts ya está trabajando para lograr este objetivo al unir la impresión 3D con el sistema presentado en su artículo más reciente. Bajo esta colaboración mecánico-biológica, el brazo de una impresora 3D tradicional controlaría la estructura de orden superior de la salida mientras que, al mismo tiempo, las ráfagas de luz coloreada instruirían a las bacterias modificadas sobre qué material, metal, proteína, plástico, etc., depositar. .
Para Julius Lucks, bioingeniero de la Universidad Northwestern, el sistema de Voigts se muestra prometedor como una herramienta de amplia aplicación para comprender y controlar la expresión génica de una manera temporal precisa y no invasiva.
Podemos hacer un millón de cosas con la luz, dijo Lucks. Aquí lo importante es tener tres longitudes de onda de luz. Son muchas perillas.
J. Fernandez-Rodriguez et al., Ingeniería de la visión de color RGB en Escherichia coli, doi:10.1038/nchembio.2390, Nature Chemical Biology, 2017.
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