Oamenii de ştiinţă de la Universitatea Rice, din Texas, SUA, au descoperit o metodă de modificare a unui nou tip de diferenţiere celulară în bacterii, inspiraţi de un proces natural al celulelor stem. Cercetătorii au raportat descoperirea, pe care o numesc partiţionare asimetrică a plasmidelor, în ”Nature Chemical Biology”.
Ei au creat un circuit genetic capabil să producă celule modificate genetic ale Escherichia coli odată cu diviziunea bacteriei. Prin controlarea acestui proces, este posibilă crearea unor diverse comunităţi de microbi ce prezintă comportamente complexe, non-native.
Biologii Matthew Bennet şi Sara Molinari au condus proiectul pentru a arăta modul prin care manipularea codului genetic al plasmidelor - părţi ale ADN-ului circular din celule - poate fi folosită pentru a obţine diferenţierea bacteriilor, asemănătoare cu cea a celuleor stem.
”Celulele stem au abilitatea remarcabilă de a se diviza asimetric. Până la divizare, celula stem originală rămâne la fel, dar noua celulă fiică are un fenotip complet nou. Acest lucru reprezintă diviziunea celulară asimetrică, iar organismele multicelulare o folosesc pentru a ajuta la controlul formării lor celulare. Ca biolog, mă gândesc des la crearea şi controlarea unor tipuri de celule diferenţiate într-o populaţie multicelulară. În această cercetare, am luat ce am ştiut despre celulele stem şi am modificat metodele pentru a face acest lucru la bacterii”, a spus Bennet, citat de sciencedaily.com.
Molinari a descoperit prima dată cum să forţeze plasmidele din E. coli să se agregheze într-un singur grup pentru a nu se distribui omogen în timpul diviziunii celulare, dar să aibă mai degrabă doar una din cele două celule fiice. Celula fiică încărcată cu plasmide devine distinctă genetic, pierzând informaţia genetică prezentă la plasmide.
Apoi, a extins circuitul sintetic pentru a induce partiţionarea asimetrică simultană a celor două specii de plasmide într-o singură celulă, ceea ce rezultă în patru E. coli distincte genetic. Unele din celule au motiltatea programată; chiar pot să meargă pe propriul drum şi să ajute la formarea şabloanelor în colonia rezultantă, se mai arată în concluziile cercetării.
”Când am început, ne gândeam la crearea materialelor ce ar trebui să fie capabile de a simţi şi de a se adapta unui mediu. Am crezut că dacă am putea imita această caracteristică a ţesuturilor de ordin mai înalt, am putea să creştem robusteţea coloniilor şi abilitatea lor de a efectua sarcini. Provocarea a fost să modificăm o populaţie de bacterii ce devine altceva de fiecare dată când este necesar”, a explicat Molinari.
Molinari şi colegii ei au reuşit de la prima încercare cu E. coli.
”Nu a existat o metodă standard de a modifica asimetric diviziunea celulară. A fost o idee neobişnuită şi a funcţionat ca prin magie de la prima încercare. Dar a fost ceva ce nu am putut desluşi complet despre sistem. Ne-a luat doi ani să descoperim că am făcut o greşeală de clonare când am luat această proteină şi am pus-o în plasmidă. Am adăugat la întâmplare 17 aminoacizi la începutul proteinei, iar acest lucru a făcut ca sistemul să funcţioneze”, a adăugat ea.
Cu aceste cunoştinţe, ea a îmbunătăţit proteinele hidrofobice ce se grupează în celule în timp ce se leagă de plasmidele ţintă, ţindându-le într-un singur loc.
Bennett a notat că procesele naturale fie încarcă suficiente plasmide într-o celulă pentru a asigura că unele ajung la fiecare celulă fiică, fie trag activ plasmidele în fiecare celulă nouă pentru a se asigura că rămând identice.
Partiţionarea asimetrică a plasmidelor a putut schimba organismele simple în sisteme complicate ce sporesc înţelegerea vieţii multicelulare.
”Există trei mărci principale ale vieţii multicelulare. Una este diferenţierea prin diviziunea celulară asimetrică. Alta este comunicarea intracelulară pe care biologii o modifică de câţiva ani. Iar a treia este adeziunea celulară, pentru ca celulele să stea unde trebuie şi să se lipească una de alta. Dacă putem controla toate aceste lucruri, putem vorbi despre modificarea unor forme de viaţă multicelulare interesante”, a spus Bennett.
