البيولوجيا التركيبية هي مجال يجمع بين علم الأحياء والهندسة لإنشاء أو إعادة تصميم كيانات أو كائنات أو مسارات بيولوجية. تشبه الفكرة التخليق الكيميائي في الكيمياء حيث يتم استخدام تفاعلات معروفة لتصنيع مركبات كيميائية جديدة. يمكن أن يختلف الهدف النهائي من إنشاء جزيئات دوائية بيولوجية جديدة إلى تعديل الكائنات الحية لجعلها قادرة على تكسير النفايات. يناقش هذا الفيديو المبادئ الأساسية للبيولوجيا التركيبية وبعض التقنيات المستخدمة لبناء الوحدات البيولوجية. أخيرا ، نقدم بعض تطبيقات العالم الحقيقي لهذا المجال المتطور.
الهدف الأساسي من هذا المجال الناشئ هو استخدام علم الأحياء والهندسة الحيوية كأداة لإنشاء جزيئات وكائنات حية جديدة. يشبه إلى حد كبير مهندس كهربائي يقوم بإنشاء دائرة وظيفية من المكونات الكهربائية الفردية ، فإن الهدف الرئيسي للبيولوجيا التركيبية هو إنشاء كائن حي دقيق قابل للبرمجة من البداية باستخدام مكونات الخلية الفردية. ومع ذلك ، لا يزال هذا بعيدا عن التحقيق في هذه المرحلة ، ويرجع ذلك أساسا إلى أن العمليات البيولوجية أقل فهما. أصبح هذا الهدف أكثر قابلية للتحقيق من خلال التطورات الحديثة ، مثل تسلسل الحمض النووي من الجيل التالي. باستخدام تسلسل الحمض النووي ، يمكن للباحثين تحديد الوظائف في الجينات الخاصة بتسلسل الحمض النووي في الكائنات الحية التي تمتلك سمات معينة مرغوبة. بعد ذلك ، يمكن تصنيع تسلسل الحمض النووي الدقيق بكميات كبيرة ثم استخدامه لتعديل الخلية وراثيا باستخدام التعدين. التعداء هو عملية إدخال مادة وراثية ، مثل الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي ، في خلايا الثدييات. عند إجراؤها على الخلايا البكتيرية ، تسمى هذه التقنية التحول. في هذه العملية ، غالبا ما يتم تعقيد الحمض النووي بجزيئات حاملة موجبة الشحنة أو تكثيفه داخل جسيم شحمي موجب الشحنة أو جسيم بوليمر ، مثل البولي إيثيلينيمين. يرتبط المركب موجب الشحنة بغشاء الخلية سالب الشحنة ثم يدخل الخلية عن طريق الالتقام الخلوي ، وهي عملية تدخل من خلالها الجزيئات إلى الخلية عبر حويصلات مرتبطة بالغشاء تسمى الجسيمات الداخلية. بمجرد دخولها إلى الخلية ، تترك المادة الوراثية الجسيم الداخلي وتدخل في النهاية النواة ، حيث تكون آلية الخلية قادرة على صنع MRNA ثم البروتين منه. الآن بعد أن قدمنا أساسيات البيولوجيا التركيبية ، دعنا نلقي نظرة على بعض تقنيات التعدي الشائعة الاستخدام في المختبر.
التثقيب الكهربائي هو تقنية تتضمن استخدام قطب كهربائي لإنشاء مسام صغيرة في غشاء الخلية ، مما يسمح للحمض النووي بالمرور. أولا ، قاع كل بئر من صفيحة 48 بئر مغطى ب 250 ميكرولتر من الجسم المضاد والمخزن المؤقت بالكالسيوم والمغنيسيوم. ثم يتم تحضين الألواح عند 37 درجة. بعد ذلك ، يتم تحضير الحمض النووي الريبي للتعداد. يتم تقسيم ميكرولتر واحد من محلول مخزون الحمض النووي الريبي في أنبوب طرد مركزي دقيق لكل تعداء منفصل ، مع بقاء الأنابيب على الجليد. ثم يتم غسل الألواح المطلية بالأجسام المضادة بمحلول مؤقت قبل إضافة وسائط الخلية. يتم فصل الخلايا عن قاع آبار زراعة الأنسجة ، وتجميعها في أنبوب طرد مركزي ، وحبيبات ، وإعادة تعليقها. يتم حساب الخلايا وتقييم قابليتها للحياة. بعد ذلك ، يضاف حجم صغير من الخلايا إلى كل حصة من الحمض النووي الريبي. ثم يتم تحميل الخلايا الموجودة في الحمض النووي الريبي في طرف قطب ماصة وإضافة مخزن مؤقت إلكتروليتي إلى كوفيت زجاجي. يتم وضع الكوفيت داخل الحامل، ويتم وضع قطب الماصة في الكوفيت. يتم تزويد الخلايا بالكهرباء باستخدام جهد نبضي يبلغ حوالي 1500 فولت. بعد اكتمال التثقيب الكهربائي ، يتم خلط الخلايا مع وسائط زراعة الخلايا في صفيحة مزرعة وإما استخدامها أو تخزينها.
تقنية أخرى هي طريقة الصدمة الحرارية ، والتي تستخدم الحرارة لإنشاء فتحات في غشاء الخلية. أولا ، يتم تحضير وتعقيم الوسائط المناسبة والأجار. بعد ذلك ، يسكب الأجار المبرد الذي يحتوي على مضاد حيوي في أطباق ويترك ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة. بعد ذلك ، يتم ضبط الحمام المائي على 42 درجة مئوية ويتم إذابة الخلايا المختصة كيميائيا على الجليد. يضاف إلى خمسة ميكرولتر من نانوجرام واحد لكل ميكرولتر من البلازميد البارد إلى الخلايا المذابة ويخلط برفق. ثم يتم إرجاع خليط الخلية والبلازما إلى الجليد لمدة 30 دقيقة. بعد هذه الحضانة على الجليد ، يتم وضع خليط الخلية في الحمام المائي لصدمته بالحرارة لمدة 30 ثانية. ثم يتم وضع خليط الخلية والبلازميد على الفور على الثلج وإضافة وسائط جديدة. ثم يوضع خليط الخلية في حاضنة اهتزاز عند 37 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة ، حتى تتمكن الخلايا من التعافي. بعد ذلك ، يتم زراعة الخلايا على ألواح الأجار عن طريق إضافة 20 إلى 200 ميكرولتر من البكتيريا المستنبتة إلى اللوحة ثم نشرها. ثم يتم تحضين الأطباق بين عشية وضحاها. في اليوم التالي ، يجب أن يكون لصفائح الأجار نمو مستعمرة مما يشير إلى أن الخلايا قد أخذت البلازميد. يمكن الآن استخدام هذه المستعمرات لمزيد من التجارب.
الآن بعد أن قدمنا بعض طرق التعداء والتحويل الشائعة ، دعنا نلقي نظرة على بعض تطبيقات هذا المجال الجديد. يمكن استخدام البكتيريا المعدلة وراثيا في التنظيف البيئي مثل تدهور بقايا النفط. باستخدام تقنيات البيولوجيا التركيبية ، يمكن تصميم كائنات مخصصة لتحطيم ملوثات بيئية معينة. قد يؤدي ذلك إلى انخفاض تكاليف التنظيف من طرق التنظيف النموذجية كثيفة العمالة. يمكن أيضا إنشاء أنظمة بيولوجية جزيئية مبنية صناعيا لتشخيص وعلاج أمراض معينة مثل السرطان. يمكن إنشاء هذه الكائنات الحية للاستجابة للتوقيعات المميزة أو الأجسام المضادة للخلايا السرطانية. كما أنها يمكن أن تساعد في علاج الخلايا المصابة عن طريق الاستهداف المبرمج.
لقد شاهدت للتو مقدمة جوف في البيولوجيا التركيبية. يجب أن تكون الآن على دراية بأهداف هذا المجال الجديد وبعض التقنيات المستخدمة لتعزيز الكائنات الحية وإنشائها في النهاية لمكافحة مشاكل العالم الحالية. شكرا للمشاهدة.
يعرض هذا الفيديو البيولوجيا التركيبية ودورها في الهندسة الحيوية. تشير البيولوجيا التركيبية إلى الطرق المستخدمة لتعديل الكائنات الحية وراثيا من أجل جعل…
الفصول في هذا الفيديو
0:06
Overview
0:53
Principles of Synthetic Biology
3:05
Transfection of Mammalian Cells using Electroporation
4:42
Transformation of Bacterial Cells using Heat Shock Method
6:10
Applications
7:06
Summary
2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.