Forskare från Australien och USA har hittat ett nytt sätt att förändra bakteriecellers DNA – en process som används för att göra många viktiga läkemedel inklusive insulin – mycket mer effektivt än standardtekniker inom industrin.
Istället för att öppna bakteriecellsväggar med starka kemikalier eller höga temperaturer för att infoga DNA, använde teamet högfrekventa radiovågor, ett mycket skonsammare tillvägagångssätt som ledde till att många fler av cellerna tog på sig DNA och överlevde.
Studien, ledd av RMIT University i samarbete med andra australiensiska universitet och WaveCyte Biotechnologies i USA, använde radiovågor på 18 gigahertz-frekvensen för att tillfälligt "öppna portarna" i E. coli bakteriecellväggar tillräckligt länge för att genetiskt material ska kunna infogas .
Cellerna stängdes sedan och fortsatte att fungera friskt.
Radiofrekvenser kan användas för att transportera allt från mobiltelefoner och satellitdata till den energi som behövs för att manipulera bakterieceller i ett labb.
Tidigare samarbete med Australian Center for Electromagnetic Bioeffects Research har visat hur högfrekvent elektromagnetisk energi tillfälligt gör bakterieceller mer genomsläppliga.
Denna senaste studie, "Genetic Transformation of plasmid DNA into Escherichia coli using high frequency electromagnetic energy," publicerad i Nano Letters tar det arbetet ett steg längre genom att visa att metoden kan användas för att säkert leverera DNA.
Teamets resultat visade att processen var mycket effektiv:91 % av E. coli-cellerna tog på sig det nya DNA:t efter exponering för 18GHz radiovågor i tre minuter.
Genom att använda den nuvarande industristandarden för att infoga DNA, känd som "värmechock", tar bara 77 % av cellerna på sig DNA:t och många av dem dör strax efter av värmeexponeringen. Det finns skonsammare laserpulstekniker men mindre än 30 % av cellerna tar på sig det nya DNA:t i den processen.
Huvudförfattaren, RMIT Distinguished Professor Elena Ivanova, sa att deras tillvägagångssätt överträffade både genom att vara både mycket effektiva och milda.
"Vår nya, kostnadseffektiva metod har visat sig vara mycket effektiv, men också skonsammare mot cellerna eftersom inga starka kemikalier eller höga temperaturer används i denna process", säger Ivanova, från School of Science.
"Som ett resultat var cellöverlevnaden högre än andra tekniker."
Teamets forskning har också visat att denna process fungerar i eukaryota celler – den typ vi delar med djur, svampar och växter, inklusive PC 12-cellinjemodeller som vanligtvis används inom neurovetenskaplig forskning.
"Vårt fokus ligger nu på att översätta dessa fynd," sa Ivanova.
"Vi har bara skrapat på ytan av det breda utbudet av läkemedelstillförselapplikationer som detta tillvägagångssätt kan ha inom mikrobiomterapi och syntetisk biologi."
RMIT har ansökt om immateriella rättigheter för tekniken tillsammans med WaveCyte Biotechnologies, ett amerikanskt företag som specialiserat sig på att utveckla cell- och genterapiteknik.
WaveCytes VD Dr. Steve Wanjara sa att de var djupt engagerade i att utveckla denna teknik, efter att ha samarbetat med RMIT från början.
"Denna skonsamma och mycket effektiva metod har ett enormt löfte för att förbättra överkomligheten och tillgängligheten för kritiska terapier," sa Wanjara.
"Vi fortsätter att aktivt arbeta för att översätta dessa resultat till konkreta tillämpningar, med fokus på att optimera tekniken för däggdjursceller. Denna forskning har potential att positivt påverka miljontals liv över hela världen, och vi är dedikerade till att göra det till verklighet."
Studiens första författare, Dr. Tharushi Perera från RMIT och Swinburne University, sa att utvecklingen av denna nya applikation och belysa användbara aspekter av högfrekvent elektromagnetisk energi var "jätte tillfredsställande."
"Människor hör elektromagnetisk energi och 5G och tycker att det är dåligt - möjligen på grund av felaktig information eller bristande förståelse - men som vi har visat här finns det faktiskt fördelaktiga tillämpningar", sa hon.
"Min förhoppning är att detta kan öppna dörren till nya livräddande behandlingar på lång sikt och ser fram emot att se utvecklingen."
Mer information: Palalle G. Tharushi Perera et al, Genetic Transformation of Plasmid DNA into Escherichia coli Using High Frequency Electromagnetic Energy, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03464
Journalinformation: Nanobokstäver
Tillhandahålls av RMIT University
