Mycket som jäst fungerar i bagerier som encellig hjälpreda, bakterien Escherischia coli är ett måste i varje biotekniklabb. Ett team ledd av Prof. Dr. Barbara Di Ventura, professor i biologisk signalforskning vid universitetet i Freiburg, har utvecklat ett nytt så kallat optogenetiskt verktyg som förenklar en standardmetod inom bioteknik:Istället för att mata bakterierna med socker som vanligt, forskarna kan nu helt enkelt belysa dem. Di Ventura, Prof. Dr. Mustafa Hani Khammash från ETH Zürich/Schweiz och deras team, främsta förstaförfattarna Edoardo Romano och Dr. Armin Baumschlager, publicerade sina resultat i Naturens kemiska biologi .

"Vi har kallat det nya systemet BLADE - blåljusinducerbara AraC-dimerer i Escherichia coli, " förklarar Romano. Forskare kontrollerar uttrycket av en önskad gen i bakterien E. coli med hjälp av PBAD-promotorn, som är en del av det genetiska nätverket som reglerar metabolismen av sockret arabinos i bakterier. Detta gör det möjligt för dem att selektivt producera proteiner och studera signalprocesser i bakterierna. "Denna nya ljusstyrda konstruktion kan ersätta det utbredda arabinosgenexpressionssystemet, underlätta antagandet av optogenetik bland mikrobiologer, " förklarar Di Ventura, som är medlem i Clusters of Excellence CIBSS—Centre for Integrative Biological Signaling Studies och BIOSS—Centre for Biological Signaling Studies.

Optogenetik använder proteiner som svarar på ljus för att reglera cellfunktioner. "BLADE är avsedd för användning inom syntetisk biologi, mikrobiologi, och bioteknik. Vi visar att vårt verktyg kan användas på ett riktat sätt, att det är snabbt och reversibelt, " kommenterar Di Ventura. För att visa med vilken precision BLADE reagerar på ljus, Di Ventura och hennes team gjorde bakteriografer:bilder skapade från bakteriekulturer. BLADE består av ett ljuskänsligt protein och en transkriptionsfaktor:ett protein som binder en specifik sekvens av DNA:t som finns i en gens så kallade promotorregion och styr om motsvarande gen läses av cellmaskineriet. Forskarna kontrollerade med BLADE uttrycket av genen som kodade för ett fluorescerande protein för att skapa bakteriograferna.

Forskarna från Freiburg lyste upp bakteriegräsmattan genom en fotomask limmad på locket på petriskålar. Bakterierna fluorescerade vid den punkt där de belystes, eftersom BLADE var aktiverat:Bilderna skapades under ett fluorescensmikroskop. I ett annat experiment, forskarna använde BLADE för att reglera gener som gjorde E. coli-celler längre, tjockare och stavformad. Det var till och med möjligt att vända förändringarna:cellerna återgick till sin ursprungliga form efter fyra timmar utan ljus. På det här sättet, systemet kan användas för att studera många andra gener – även gener som inte kommer från E. coli.