В эксперименте были использованы традиционные для подобных манипуляций бактерии — Escherichia coli (кишечная палочка) (фото с сайта hku.hk)
Группа биологов из Китая, США и Германии научила бактерии своеобразному фокусу. Стартуя из центра чашки Петри, колония разрасталась, формируя идеальные кольца – волны плотности.
Такой узор, конечно, авторы эксперимента создали не для забавы.Одним из важнейших вопросов в биологии развития является механизм, за счёт которого делящиеся клетки формируют правильные (в частности периодические) структуры, череду позвонков или строго определённое количество пальцев, к примеру. Механизм контроля тут ещё не понятен до конца, и вот теперь учёные попробовали смоделировать его в необычном опыте.
Биологи использовали методы генной инженерии и сконструировали, а затем и собрали генетические модули, которые связали плотность расположения клеток на подложке из агара с их подвижностью.
Один из таких генетических блоков синтезирует химический сигнал ацил-гомосерин лактон (AHL), сообщает Technology Review. По мере того как плотность населения в колонии растёт, это вещество накапливается, заставляя клетки прекратить плавание и осесть на месте.
Нескольким клеткам по краям колонии удаётся уйти чуть дальше других, а поскольку AHL не распространяется далеко, процесс начинается заново. Новая порция колонии принимается активно двигаться, пока следующая волна плотности клеток не наберёт критического количества AHL и не сформирует второе кольцо.
Так авторы показали, как клетки могут формировать правильные структуры без всякого внешнего управления.
Более того, учёные составили математическую модель процесса и на её основе рассчитали, какие модификации нужно сделать в генах, чтобы произвольно менять число колец в запрограммированном на уровне генов шаблоне.
Эту часть теории авторы работы также проверили на практике, заставив бактерии формировать нужные им узоры.
Научившись тонкому управлению разрастанием и дифференциацией клеток, люди могли бы серьёзно продвинуться в таких областях, как клеточная терапия и выращивание органов из стволовых клеток. На снимке мы видим колонию, не сформировавшую ни одного кольца, а также образцы, создавшие одно, два и пять колец с плотным расположением клеток (фото с сайта hku.hk)