$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
البكتيريا الزرقاء التغذية هي بكتريا يمكن استخدامها في التخليق الحيوي لمجموعه واسعه من المنتجات الايضيه ذات القيمة العالية الطبيعية وغير المتجانسة1،2،3،4،5، 6- ولا تزال هناك عده عقبات تحتاج إلى التغلب عليها لتوسيع صلاحيتها التجارية ، ولا سيما الغلات الضعيفة نسبيا مقارنه بالمنصات الحيوية غير المتجانسة (مثل القولونية والخميرة)7. ويساعد التوسع الأخير في الاداات الهندسية الوراثية المتاحة واستيعاب نموذج البيولوجيا التركيبية في البحوث الترتبطه علي التغلب علي هذه التحديات وزيادة تطوير البكتيريا الزرقاء كمصانعحيوية فعاله 8، 9و10.
النهج الرئيسية لإدخال الحمض النووي في البكتيريا الزرقاء هي التحول والاقتران والكهربية. والمتجات المنقولة إلى البكتيريا الزرقاء بالتحويل أو بالكهرباء هي ناقلات "انتحاريه" (اي المتجات التكاملية التي تسهل أعاده الدمج الذاتي) ، في حين يمكن نقل ناقلات النسخ المتماثل بنفسها إلى البكتيريا الزرقاء التحويل ، الاقتران أو الكهربية. النسبة للنوع الأول ، هناك بروتوكول متاح للأنواع النموذجية الهندسية القابلة للتحول الطبيعي11. في الاونه الاخيره ، تم تطوير مجموعه أدوات الاستنساخ (MoClo) وحدات لبكتيريا السيانيد يسمي سيانوكوبالامين التي توظف طريقه موحده لتجميع ناقلات البوابة الذهبية للهندسة باستخدام التحويل الطبيعي ، الكهربي أو الاقتران12.
وقد أصبحت تقنيات الجمعية الذهبية من نوع شعبيه متزايدة في السنوات الاخيره ، ومعايير الجمعية والمكتبات جزء متاحه الآن لمجموعه متنوعة من الكائنات الحية13،14،15،16 ،17. البوابة الذهبية يستخدم نوع الانزيمات تقييد IIS (علي سبيل المثال ، BsaI ، BpiI ، BsmBI ، BtgZI و AarI) وبدله من متقبلين وتعليق فريد لتسهيل التجمع الهرمي الاتجاهي لمتواليات متعددة في "وعاء واحد" رد فعل الجمعية. تعرف الانزيمات المقيدة لنوع IIS علي تسلسل غير متماثل فريد وتقطع مسافة محدده من مواقع التعرف عليها لإنشاء قطع متداخلة ، "نهاية لزجه" (عاده ما تكون 4 نوكليوتيد [NT] المتراكمة) ، والتي يمكن استغلالها لاحقا لدفع الحمض النووي المطلوب ردود فعلالجمعية 15,18. وقد سهل هذا تطوير المكتبات الكبيرة من أجزاء المستوي 0 وحدات (علي سبيل المثال ، والمروجين ، وإطارات القراءة المفتوحة والمنهيون) المعرفة من قبل بناء جمله مشتركه ، مثل معيار PhytoBricks19. ويمكن بعد ذلك تجميع أجزاء المستوي 0 بسهوله في أشرطه التعبير المستوي 1 ، وبعد ذلك أكثر تعقيدا التجميعات ترتيب اعلي (علي سبيل المثال ، التعبير المتعدد الجينات يبني) يمكن ان يبني في ناقلات متقبل من الاختيار12،15. ومن المزايا الرئيسية لتقنيات الجمعية الذهبية من نوع البوابة هي قدرتها علي الاتمته في مرافق عاليه الانتاجيه ، مثل الحمض النووي المصهر20،21، والتي يمكن ان تسمح للاختبار التصاميم التجريبية المعقدة التي لا يمكن تحقيقه بسهوله عن طريق العمل اليدوي.
سيانوكوبالامين يبني علي نظام المصنع الثابتة moclo12،15. ولادراج جزء جديد في السيسونات ، يجب أولا ان تكون التسلسلات الجزئية مستانسه ، اي انه يجب أزاله مواقع الاعتراف "غير القانوني" لشركتي BsaI و BpiI. في حاله الترميز جزء لاطار القراءة المفتوحة (اي تسلسل الترميز ، الاقراص المدمجة) ، يمكن ان تتعطل مواقع التعرف عن طريق توليد طفرات مرادفه في التسلسل (اي تغيير كودون إلى بديل ان الرموز لنفس بقايا الأحماض الامينيه). ويمكن تحقيق ذلك من خلال مجموعه متنوعة من النهج ، بدءا من توليف الحمض النووي إلى الاستراتيجيات القائمة علي تضخيم تفاعل البلمره المتسلسل (PCR) مثل جمعيه جيبسون22. اعتمادا علي المضيف التعبير المستخدمة ، ينبغي توخي الحذر لتجنب إدخال المخطوطات النادرة التي يمكن ان تمنع كفاءه الترجمة23. أزاله مواقع التعرف في تسلسل المروج والمنهي عاده مسعى أكثر خطورة ، كما قد تؤثر التعديلات علي الدالة وقد لا يؤدي الجزء كما هو متوقع. علي سبيل المثال ، يمكن ان تغير التغييرات في مواقع ربط عامل النسخ المفترض أو موقع ربط الريبوسوم داخل المروج القوه والاستجابة للتوجيه/القمع. المثل ، فان التعديلات علي الملامح الهيكلية الرئيسية المنهي (علي سبيل المثال ، الجذعية الغنية GC ، حلقه وبولي U الذيل) قد تغير كفاءه إنهاء وتاثير التعبيرالجيني 24 ،25. علي الرغم من ان العديد من الموارد علي الإنترنت متاحه للتنبؤ بنشاط متواليات المروج والمنهي ، وإبلاغ ما إذا كانت الطفرة المقترحة ستؤثر علي الأداء26،27، وهذه الاداات غالبا ما تكون ضعيفه من التنبؤات الأداء في البكتيريا الزرقاء28،29،30.. علي هذا النحو ، في توصيف الجسم المجري للأجزاء المعدلة لا يزال يوصي بتاكيد النشاط. وللمساعدة في استنساخ المتواليات المتمردة ، يتضمن السيسونات نسخه منخفضه من النسخ التي يقبلها الاستنساخ علي أساس ناقل بيوريك pSB4K512،16،31. وعلاوة علي ذلك ، فان بوابه "التصميم والبناء" متاحه من خلال مسبك الجينوم في ادنبره للمساعدة في تصميم ناقلات الامراض (dab.genomefoundry.org). وأخيرا ، والاهم من ذلك ، وتشمل سيانوكوبالامين اثنين من التصميمات ناقلات المستوي T متقبل (ما يعادل المستوي 2 المتجات متقبل)15 لإدخال الحمض النووي في البكتيريا الزرقاء باستخدام ناقلات الانتحار ، أو ناقلات واسعه النطاق المضيف قادره علي النسخ المتماثل الذاتي في عده ترتبط الأنواع32،33،34.
هنا سوف نركز علي وصف بروتوكول لتوليد مستوي T ناقلات النسخ المتماثل الذاتي والتعديل الجيني لل synechالونجاتوس sti الشركة ال6803ه للامراض و Synechكوكوس الونجاتوس Utex 2973 (Synechёts الشركة الخاصة 6803 و s. Utex 2973 الاخره) عن طريق الاقتران (المعروف أيضا باسم التزاوج ثلاثي الوالدين). النقل الزوجي للحمض النووي بين الخلايا البكتيرية هو عمليه موصوفه جيدا وقد استخدمت سابقا للهندسة ترتبط الأنواع ، وخاصه تلك التي ليست مختصة بشكل طبيعي ، مثل s. الونجاتوس utex 297335، 36،37،38،39،40،41. وباختصار ، يتم احتضان الثقافات الترتبطه بسلاله كولاي التي تحمل المتجه الذي سيتم نقله (ناقل "الحمولة") والمتجات (اما في نفس سلاله e. كولاي أو في سلالات اضافيه) لتمكين الاقتران ("المعبئ" ومتجات "المساعد"). مطلوب أربعه شروط رئيسيه لنقل الزوجية ان يحدث: 1) الاتصال المباشر بين الخلايا المتورطة في نقل الحمض النووي ، 2) يجب ان يكون ناقل البضائع متوافقا مع نظام التصريف (اي انه يجب ان يحتوي علي مصدر مناسب للتحويل (Orit) ، المعروف أيضا باسم شجره المواد (أساس التنقل) الموقع) ، 3) الحمض النووي الذي يخدع البروتين (علي سبيل المثال ، المشفرة من قبل الجينات الغوغاء ) التي نيكس الحمض النووي في orit لبدء نقل واحد تقطعت بهم السبل للحمض النووي في السيانيد يجب ان تكون موجودة وأعرب اما من ناقلات البضائع أو المساعدين ، و 4) يجب الا يدمر الحمض النووي المنقول في السيانيد المستلم (اي ، يجب ان يكون مقاوما للتدهور بواسطة ، علي سبيل المثال ، تقييد النشاط الأحادي النواة)35،42. ولكي يستمر ناقل البضائع ، يجب ان يكون منشا النسخ المتماثل متوافقا مع زرقه المتلقي للسماح بالنسخ المتماثل الذاتي والانتشار في القسم الخاص بالخلايا التابعة للابنة. للمساعدة في الظروف 3 و 4 ، تتوفر العديد من ناقلات المساعد من خلال Addgene والمصادر التجارية الأخرى التي ترمز للغوغاء وكذلك العديد من ميثيل أسيس للحماية من الكريات المحلية الاصليه في المضيف سيانوكوبالامين43. في هذا البروتوكول ، تم تسهيل الاقتران بسلاله MC1061 e. القولونية التي تحمل المعبئ وناقلات المساعد pRK24 (www. addgeneorg/51950) و pRL528 (www.addgene.org/58495) ، علي التوالي. يجب توخي الحذر عند اختيار المتجات التي سيتم استخدامها للتحويل الزوجي. علي سبيل المثال ، في عده سيانوكوبالامين الذاتي--النسخ المتماثل ناقلات البضائع pPMQAK1 الترميز للبروتين الغوغاء12. ومع ذلك ، pSEVA421 لا44، وعلي هذا النحو ، يجب ان يتم التعبير عن الغوغاء من ناقل المساعد مناسبه. وينبغي ان تكون المتجات المستخدمة مناسبه أيضا للكائن المستهدف. فعلي سبيل المثال ، يتطلب النقل الزوجي الفعال في شركه انابينا sp. 7120 ناقل المساعد الذي يحمي ناقلات المعبئ ضد الهضم (علي سبيل المثال ، pRL623 ، الذي يشفر لثلاثه ميثيل أسيس Avaim ، Eco47iiM و Ecot22iM)45، 46.
وفي هذا البروتوكول ، نقوم بتوضيح كيفيه توصيف أداء الأجزاء (اي المروجين) بعلامة فلورية باستخدام قارئ اللوحة أو مقياس التدفق الخلوي. تدفق الخلايا الخلوية قادره علي قياس الفلوري علي أساس خليه واحده لعدد كبير من السكان. وعلاوة علي ذلك ، تسمح مقاييس التدفق الخلوي للمستخدمين "ببوابه" البيانات المكتسبة وأزاله الضوضاء الخلفية (علي سبيل المثال ، من الجسيمات في الثقافة أو التلوث). وعلي النقيض من ذلك ، فان قراء اللوحات يكتسبون قياسا مضانا لحجم معين من الثقافة ، وعاده ما يكون ذلك في العديد من الآبار المتماثلة. وتشمل المزايا الرئيسية للقراء لوحه علي أجهزه قياس الكريات الخلوية انخفاض التكلفة ، وتوافر اعلي وعاده لا حاجه لبرامج متخصصة لتحليل البيانات المصب. العيوب الرئيسية للقراء لوحه هي حساسية اقل نسبيا بالمقارنة مع المضخمات الخلوية والقضايا المحتملة مع كثافة بصريه من الثقافات المقاسه. النسبة للتحليلات المقارنة ، يجب ان تكون عينات قارئ اللوحات بشكل تطبيع لكل بئر (علي سبيل المثال ، لقياس كثافة الثقافة ، التي تؤخذ عاده علي انها الامتصاص في الكثافة البصرية عند 750 نانومتر [OD750]) ، والتي يمكن ان تؤدي إلى عدم دقه العينات التي هي أيضا كثيفه و/أو غير مختلطة جيدا (علي سبيل المثال ، عندما تكون عرضه للتجميع أو التلبد).
كلمحه عامه ، وهنا نظهر بالتفصيل مبادئ توليد مستوي 0 أجزاء ، تليها الجمعية الهرمية باستخدام مجموعه سيانوكوبالامين والاستنساخ إلى ناقلات مناسبه لنقل الزوجية. ثم نقوم بإثبات عمليه النقل الزوجية ، واختيار سلالات التحويلات التي تعبر عن علامة فلورية ، والحصول لاحقا علي البيانات الفلورية باستخدام مقياس التدفق الخلوي أو قارئ اللوحة.