1.8: 合成生物学

合成生物学是一个结合生物和工程学的领域, 以创造或重新设计生物实体的有机体或途径, 这个想法类似于化学合成在化学中, 众所周知的反应是用来合成新的化学化合物,最终目标可能不同, 从创建新的生物药物分子到改变生物体, 使他们能够分解废物。本视频讨论了合成生物学的基本原理和一些用于构建生物模块的技术。最后, 我们介绍了这个不断发展的领域的一些现实世界的应用。

这个新兴领域的主要目标是利用生物和生物工程作为创造新的分子和有机体的工具。就像一个电气工程师, 创建一个功能电路从单个电子元件, 一个关键的目标, 合成生物学, 是创建一个可编程的微生物从头开始使用的单个细胞的组成部分。然而, 这仍然远远不能实现在这一点上, 主要是因为生物过程不太了解, 这一目标是使更能实现的最新进展, 如下一代 dna 测序, 使用 dna 测序研究人员可以识别在具有某些可取性状的生物体中的特定基因的 DNA 序列中的功能。然后, 精确的 DNA 序列可以大量合成, 然后用于基因修饰细胞使用转染。转染是将遗传物质 (如 DNA 或 RNA) 插入哺乳动物细胞的过程。当在细菌细胞上执行时, 这种技术称为转化。在这个过程中, DNA 常常与正电荷的载体分子或凝聚在一个正电荷的脂质体或聚合物粒子, 如聚乙烯。正电荷的复合体附着在带负电荷的细胞膜上, 然后通过吞进入细胞, 这是分子通过细胞膜束缚囊泡称为体细胞的过程。一旦进入细胞内, 遗传物质就会离开 endosome, 最终侵入细胞核, 细胞的机器就能从它体内制造出 MRNA 和蛋白质。现在, 我们已经介绍了合成生物学的基本知识, 让我们来看看一些在实验室中常用的转染技术。

电穿孔是一种技术, 涉及使用电极在细胞膜上产生微小的孔隙, 从而允许 DNA 通过。首先, 48 井板的每一个井的底部涂有250升抗体和缓冲液, 钙和镁。这些盘子在37度的时候被孵化。接下来, RNA 准备转染。一个升的 RNA 库存解决方案是 aliquoted 到一个 microcentifuge 管为每个单独转染。把管子留在冰上在添加细胞培养基之前, 抗体涂层板会用缓冲液冲洗。细胞从组织培养井的底部分离, 汇集在离心管颗粒和悬浮。细胞计数和他们的生存能力评估。然后一小体积的细胞添加到每个分 rna 的细胞, 然后加载到一个吸管电极尖端和电解缓冲添加到一个玻璃试管。试管放置在支架上, 将吸管电极置于试管。电池是 electroporated 使用脉冲电压约1500伏。在电穿孔完成后, 细胞与细胞培养基混合在一个文化板块, 并使用或储存。

另一种方法是热冲击法, 它利用热来创造细胞膜的开口。首先, 适当的培养基和琼脂的准备和灭菌。然后将含有抗生素的冷却琼脂倒入钢板中, 使其冷却到室温。接下来, 水浴设置为摄氏42度, 化学能力的细胞在冰上解冻。在解冻的细胞中加入一至五升克每升冷质粒, 轻轻混合。然后, 细胞和等离子混合物返回冰30分钟。这种在冰上孵化后, 细胞混合物被放置在水浴, 热休克30秒。细胞和质粒混合物, 然后立即放在冰和新鲜媒体添加。然后, 将细胞混合物放在一个37摄氏度的摇动孵化器中, 使细胞能够恢复。接下来, 细胞被培养在琼脂板上, 增加20到200升的培养细菌的板块, 然后传播。然后, 盘子会在一夜之间孵化。第二天, 琼脂板应具有菌落生长, 表明细胞已在质粒中。这些殖民地现在可以用于进一步的实验。

现在, 我们介绍了一些常见的转染和转化方法, 让我们来看看这个新领域的一些应用。基因工程菌可用于环境净化, 如有辱人格的石油残渣。利用合成生物学技术, 定制生物体可以被设计来分解特定的环境污染物。这可能会招致比典型的劳动密集型清洁方法更低的清理成本。还可以建立综合的分子尺度生物系统来诊断和治疗癌症等特定疾病。这些生物体可以被创造来响应肿瘤细胞的特性特征或抗体。此外, 他们可以通过程序化靶向治疗感染细胞。

你刚刚看了朱庇特的合成生物学导论。你现在应该熟悉这个新领域的目标, 以及一些用来增强和最终创造有机体以对抗当前世界问题的技术。谢谢收看