Нова технологія дозволяє вирощувати колонії штучних бактерій об’ємом в кілька кубічних сантиметрів. Виходить желеподібна речовина певної форми, здатна виконувати задані в геномі функції.
Шматочок програмованого живого матеріалу, вирощеного в колбі / © Університет Райса
Біологи з Університету Райса (США) представили технологію вирощування живого матеріалу у вигляді штучних бактерій, здатних до самоорганізації. Вчені редагують їх геном під певні завдання, а далі ці бактерії за допомогою спеціального білка відтворюють самі себе і шикуються в макроскопічні структури. Раніше не виходило домогтися такої поведінки від генетично модифікованих бактерій, пишуть дослідники в журналі Nature Communications.
Вчені використовували в якості «будівельного блоку» Caulobacter crescentus — нейтральну для людини серповидну бактерію, що живе в прісноводних озерах і струмках. В її генетичному коді є білок, який покриває мембрану захисною оболонкою на зразок зміїної луски. Автори роботи модифікували цей білок таким чином, щоб він вибудовував з «луски» просторові структури, заповнені бактеріальною масою. Виходить речовина у вигляді желе або слизу, яка сама росте по заданій формі, як росте дерево або кістка.
Швидкість росту дуже висока, приблизно за добу популяція генетично модифікованих мікробів збільшується як мінімум на чотири порядки (в 10 тисяч разів). Процес відбувається у воді: спочатку на її поверхні утворюється тонка плівка з бактерій, після чого посудину потрібно постійно струшувати, щоб прискорити зростання маси. Коли вона досягає заданих форм і розмірів, матеріал опускається на дно і більше не росте.
Процес росту живих матеріалів та отримані зразки © Університет Райса
Вчені створили таким чином цілий ряд зразків живої матерії різних форм і призначення. Один з них поглинув кадмій з розчину, успішно зігравши роль абсорбенту. Інший експеримент показав, що вирощений матеріал можна використовувати як каталізатор біохімічних реакцій — наприклад, для прискореного окислення глюкози. Це відкриває можливість для програмованого очищення водойм від забруднень і отрут. Взагалі, на думку дослідників, з такої матерії можна вирощувати живі датчики, лікарські речовини, біоелектронні пристрої та інші корисні речі. Або створити будівельні матеріали, здатні самостійно відновлювати і підтримувати задану форму.
Окремий плюс отриманої живої матерії – її стабільність. Перевірка показала, що зразки можна тижнями зберігати в простій банці на полиці при кімнатній температурі. Тобто, перевезення вирощеного матеріалу до місця призначення не вимагає спеціального ізолюючого і охолоджуючого обладнання. Вчені сподіваються, що це дозволить програмованій живій матерії швидко підкорити ринок, але до повсякденного застосування ще неблизько, оскільки технологію потрібно вдосконалювати. Найближча мета дослідників — перевірити, чи буде їх підхід працювати на інших бактеріях.