Bioelectronic control of a microbial community using surface-assembled electrogenetic cells to route signals

生物电子学 群体感应 纳米技术 信号(编程语言) 信号 电极 计算机科学 材料科学 生物传感器 化学 生物膜 生物 细胞生物学 细菌 遗传学 物理化学 程序设计语言
作者
Jessica L. Terrell,Tanya Tschirhart,Justin P. Jahnke,Kristina Stephens,Yi Liu,Hong Dong,Margaret M. Hurley,Maria Pozo,Ryan T. McKay,Chen Yu Tsao,Hsuan‐Chen Wu,Gary J. Vora,Gregory F. Payne,Dimitra N. Stratis‐Cullum,William E. Bentley
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:16 (6): 688-697 被引量:84
标识
DOI:10.1038/s41565-021-00878-4
摘要

We developed a bioelectronic communication system that is enabled by a redox signal transduction modality to exchange information between a living cell-embedded bioelectronics interface and an engineered microbial network. A naturally communicating three-member microbial network is 'plugged into' an external electronic system that interrogates and controls biological function in real time. First, electrode-generated redox molecules are programmed to activate gene expression in an engineered population of electrode-attached bacterial cells, effectively creating a living transducer electrode. These cells interpret and translate electronic signals and then transmit this information biologically by producing quorum sensing molecules that are, in turn, interpreted by a planktonic coculture. The propagated molecular communication drives expression and secretion of a therapeutic peptide from one strain and simultaneously enables direct electronic feedback from the second strain, thus enabling real-time electronic verification of biological signal propagation. Overall, we show how this multifunctional bioelectronic platform, termed a BioLAN, reliably facilitates on-demand bioelectronic communication and concurrently performs programmed tasks.
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