Synthetische Biologie
Dieses Video zeigt die synthetische Biologie und seine Rolle in Bioingenieurwesen. Synthetischer Biologie bezieht sich auf die Methoden zur Organismen…
Die synthetische Biologie ist ein Feld, das verbindet Biologie und Technik zu erstellen oder neu gestalten, biologische Entitäten Organismen oder Wege, die Idee ist ähnlich wie chemische Synthese in der Chemie wo sind bekannte Reaktionen verwendet, um neue chemische Verbindungen zu synthetisieren die Endziel kann variieren, von der Erstellung des neuen biologischen Wirkstoffmolekülen zur Änderung der Organismen zu machen in der Lage, Abfälle abzubauen. Dieses Video beschreibt die grundlegenden Prinzipien der synthetischen Biologie und einige Techniken verwendet, um biologische Module erstellen. Schließlich präsentieren wir einige Anwendungen von diesem sich entwickelnden Gebiet der realen Welt.
Das primäre Ziel dieses aufstrebenden Feldes ist, Biologie und Biotechnologie als ein Werkzeug zu verwenden, um neue Moleküle und Organismen zu erstellen. Ähnlich wie ein Elektroingenieur, erstellen ein Funktionskreis von einzelnen elektrischen Komponenten ist ein zentrales Ziel der synthetischen Biologie die Schaffung ein programmierbaren Mikroorganismus von Grund auf mit einzelnen Zellbestandteile. Dies ist jedoch noch lange nicht an dieser Stelle erreichbar, vor allem, weil biologische Prozesse sind weniger verstanden, dieses Ziel wird durch die jüngsten Fortschritte mehr erreichbar gemacht, wie die nächste Generation DNA Sequenzierung, mit der DNA Sequenzierung Forscher identifizieren können die Funktionen in DNA-Sequenz in bestimmte Gene in Organismen, die bestimmte wünschenswerten Eigenschaften besitzen. Dann kann die genaue DNA-Sequenz in großen Mengen synthetisiert und dann verwendet, um eine Zelle mit Transfektion genetisch zu verändern. Transfektion ist der Prozess des genetischen Materials wie DNA oder RNA in Säugerzellen einfügen. Wenn auf bakterielle Zellen durchgeführt, wird die Technik Transformation bezeichnet. DNA ist in diesem Prozess oft komplexiert mit positiv geladenen Trägermoleküle oder verkürzten innerhalb einer positiv geladenen Liposomen oder Polymer Partikel wie Polyethyleneimine. Die positiv geladene Komplex legt auf der negativ geladenen Zellmembran und geht dann in die Zelle über Endozytose, was ein Prozess ist durch den Moleküle eine Zelle über eine Membran gebundenen Vesikel genannt Endosomen eingeben. Einmal im Inneren der Zelle, das genetische Material verlässt das Endosom und schließlich gelangt, in den Zellkern, wo die Zelle Maschinen MRNA und Protein daraus zu machen. Jetzt, wo wir die Grundlagen der synthetischen Biologie eingeführt haben, werfen wir einen Blick auf einige Transfection Techniken häufig im Labor verwendet.
Elektroporation ist eine Technik, die beinhaltet die Verwendung einer Elektrode erstelle ich winzige Poren in der Zellmembran, wodurch DNA zu durchqueren. Erstens ist der Unterseite von jedem Bohrloch eine 48-well-Platte mit 250 Mikroliter der Antikörper und Puffer mit Calcium und Magnesium beschichtet. Die Platten werden dann bei 37 Grad inkubiert. Als nächstes wird die RNA zur Transfektion vorbereitet. Ein Mikroliter der RNA-Stammlösung ist regelmÄÑig in ein Microcentifuge Rohr für jede separate Transfektion. Mit den Rohren noch auf Eis. Die Antikörper beschichteten Platten werden dann mit Puffer gewaschen, bevor die Zelle Medien hinzugefügt werden. Die Zellen werden von der Unterseite der Gewebekultur Brunnen, gebündelt in einem Zentrifugenröhrchen, oelletiert und Nukleinsäuretablette getrennt. Die Zellen werden gezählt und bewertet ihre Lebensfähigkeit. Dann wird eine kleine Menge Zellen jedes aliquoten RNA hinzugefügt, die die Zellen in der RNS dann in eine Pipette Elektrodenspitze und elektrolytische Puffer hinzugefügt, um ein Glas Küvette geladen werden. Die Küvette wird in die Halterung gelegt, und die Pipette Elektrode platziert in der Küvette. Die Zellen sind elektroporiert mit einer gepulsten Spannung von etwa 1500 Volt. Nachdem die Elektroporation abgeschlossen ist, werden die Zellen mit Zellkulturmedien in eine Kultur-Platte und entweder verwendet oder gespeichert gemischt.
Eine andere Technik ist die Hitze-Schock-Methode, die Wärme verwendet, um Öffnungen in der Zellmembran zu erstellen. Erstens sind die entsprechenden Medien und Agar vorbereitet und sterilisiert. Dann ist die abgekühlte Agar mit Antibiotikum in Platten gegossen und auf Raumtemperatur abkühlen. Als nächstes wird ein Wasserbad auf 42 Grad Celsius und die chemisch kompetenten Zellen auf Eis aufgetaut festgelegt. Ein bis fünf Mikroliter von einem Nanogramm pro Mikroliter der kalten Plasmid hinzugefügt die aufgetauten Zellen und vorsichtig gemischt. Dann wird die Zelle und Plasma Mischung für 30 Minuten auf dem Eis zurückgegeben. Nach diesem Inkubation auf Eis die Zelle-Mischung im Wasserbad zu Hitzeschock für 30 Sekunden befindet. Die Zelle und Plasmid-Gemisch wird dann sofort auf Eis und frische Medien hinzugefügt platziert. Dann ist die Zelle Mischung in einem schütteln Inkubator bei 37 Grad Celsius eine Stunde lang platziert, so dass die Zellen erholen können. Als nächstes sind die Zellen auf den Agarplatten kultiviert, durch Hinzufügen von 20 bis 200 Mikroliter der kultivierten Bakterien auf den Teller und dann verbreiten. Die Platten werden dann über Nacht inkubiert. Am nächsten Tag müssen die Agarplatten Kolonie Wachstum darauf hinweist, dass die Zellen in das Plasmid aufgenommen haben. Diese Kolonien können nun für weitere Experimente verwendet werden.
Jetzt, wo wir einige gemeinsame Transfektion und Transformationsmethoden eingeführt haben, werfen wir einen Blick auf einige Anwendungen von diesem neuartigen Bereich. Gentechnisch veränderte Bakterien könnte für Umweltsanierungen wie erniedrigend Ölrückständen verwendet werden. Synthetische Biologie Techniken benutzerdefinierte Organismen könnte zum Abbau bestimmte Umweltschadstoffe entwickelt werden. Dies könnten niedrigere Sanierungskosten als typische arbeitsintensiv Reinigungsmethoden anfallen. Synthetisch konstruierten molekulare skalierte biologischer Systeme konnte auch erstellt werden, um diagnose und Behandlung von bestimmten Krankheiten wie Krebs. Diese Organismen konnte erstellt werden, um auf die charakteristische Signaturen oder Antikörper von Krebszellen reagieren. Auch, könnten sie bei der Behandlung von infizierten Zellen durch programmierten gezielte Hilfe.
Sie habe nur Jupiters Einführung in die synthetische Biologie beobachtet. Sie sollten jetzt mit den Zielen dieses neue Feld und einige Techniken verwendet, um zu fördern und schließlich Organismen zur Bekämpfung der aktuellen Probleme der Welt vertraut sein. Danke fürs Zuschauen.
Synthetische Biologie ist ein Bereich, der Biologie und Technik kombiniert, um biologische Einheiten, Organismen oder Wege zu schaffen oder neu zu gestalten. Die Idee ähnelt der chemischen Synthese in der Chemie, bei der bekannte Reaktionen zur Synthese neuer chemischer Verbindungen verwendet werden. Das Endziel kann von der Schaffung neuer biologischer Wirkstoffmoleküle bis hin zur Modifikation von Organismen reichen, um sie in die Lage zu versetzen, Abfälle abzubauen. In diesem Video werden die Grundprinzipien der synthetischen Biologie und einige Techniken zur Konstruktion biologischer Module erläutert. Abschließend stellen wir einige reale Anwendungen dieses sich entwickelnden Bereichs vor.
Das Hauptziel dieses aufstrebenden Gebiets ist es, die Biologie und das Bioingenieurwesen als Werkzeug zu nutzen, um neue Moleküle und Organismen zu schaffen. Ähnlich wie bei einem Elektroingenieur, der einen funktionierenden Schaltkreis aus einzelnen elektrischen Komponenten erstellt, besteht ein Hauptziel der synthetischen Biologie darin, einen programmierbaren Mikroorganismus von Grund auf aus einzelnen Zellkomponenten zu schaffen. Dies ist zum jetzigen Zeitpunkt jedoch noch lange nicht erreichbar, vor allem, weil biologische Prozesse weniger verstanden sind. Dieses Ziel wird durch jüngste Fortschritte, wie z. B. die DNA-Sequenzierung der nächsten Generation, leichter erreichbar. Mit Hilfe der DNA-Sequenzierung können Forscher die Funktionen in DNA-sequenz-spezifischen Genen in Organismen identifizieren, die bestimmte wünschenswerte Eigenschaften besitzen. Dann kann die exakte DNA-Sequenz in großen Mengen synthetisiert und dann verwendet werden, um eine Zelle mittels Transfektion genetisch zu verändern. Transfektion ist der Prozess des Einfügens von genetischem Material wie DNA oder RNA in Säugetierzellen. Wenn die Technik an Bakterienzellen durchgeführt wird, wird sie als Transformation bezeichnet. Bei diesem Prozess wird die DNA häufig mit positiv geladenen Trägermolekülen komplexiert oder in einem positiv geladenen Liposom oder Polymerpartikel, wie z. B. Polyethylenimin, kondensiert. Der positiv geladene Komplex bindet sich an die negativ geladene Zellmembran und gelangt dann über die Endozytose in die Zelle, ein Prozess, bei dem Moleküle über membrangebundene Vesikel, sogenannte Endosomen, in eine Zelle gelangen. Sobald sich das genetische Material in der Zelle befindet, verlässt es das Endosom und gelangt schließlich in den Zellkern, wo die Zellmaschinerie in der Lage ist, MRNA und dann Protein daraus herzustellen. Nachdem wir nun die Grundlagen der synthetischen Biologie vorgestellt haben, werfen wir einen Blick auf einige Transfektionstechniken, die im Labor häufig verwendet werden.
Die Elektroporation ist eine Technik, bei der mit Hilfe einer Elektrode winzige Poren in der Zellmembran erzeugt werden, durch die die DNA hindurchgelassen wird. Zunächst wird der Boden jeder Vertiefung einer 48-Well-Platte mit 250 Mikrolitern Antikörper beschichtet und mit Kalzium und Magnesium gepuffert. Anschließend werden die Platten bei 37 Grad inkubiert. Als nächstes wird die RNA für die Transfektion vorbereitet. Ein Mikroliter RNA-Stammlösung wird für jede separate Transfektion in ein Mikrozentifugenröhrchen aliquotiert, wobei die Röhrchen auf Eis verbleiben. Die mit Antikörpern beschichteten Platten werden dann mit Puffer gewaschen, bevor das Zellmedium zugegeben wird. Die Zellen werden vom Boden der Gewebekulturvertiefungen gelöst, in einem Zentrifugenröhrchen gepoolt, pelletiert und resuspendiert. Die Zellen werden gezählt und ihre Lebensfähigkeit beurteilt. Dann wird jedem Aliquot der RNA ein kleines Zellvolumen hinzugefügt. Die Zellen in der RNA werden dann in eine Pipettenelektrodenspitze geladen und mit einem elektrolytischen Puffer in eine Glasküvette gegeben. Die Küvette wird in den Halter eingelegt und die Pipettenelektrode in die Küvette gelegt. Die Zellen werden mit einer gepulsten Spannung von etwa 1500 Volt elektroporiert. Nachdem die Elektroporation abgeschlossen ist, werden die Zellen mit Zellkulturmedien in einer Kulturplatte vermischt und entweder verwendet oder gelagert.
Eine weitere Technik ist die Hitzeschockmethode, bei der mithilfe von Hitze Öffnungen in der Zellmembran geschaffen werden. Zunächst werden das entsprechende Medium und der Agar vorbereitet und sterilisiert. Dann wird der abgekühlte Agar, der das Antibiotikum enthält, in Platten gegossen und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Anschließend wird ein Wasserbad auf 42 Grad Celsius eingestellt und die chemisch kompetenten Zellen auf Eis aufgetaut. Ein bis fünf Mikroliter eines Nanogramms pro Mikroliter kaltem Plasmid werden zu den aufgetauten Zellen gegeben und schonend gemischt. Dann wird das Zell-Plasma-Gemisch für 30 Minuten wieder auf das Eis gebracht. Nach dieser Inkubation auf Eis wird das Zellgemisch in das Wasserbad gelegt, um es 30 Sekunden lang einem Hitzeschock zu unterziehen. Das Zell-Plasmid-Gemisch wird dann sofort auf Eis gelegt und mit frischem Medium versetzt. Dann wird das Zellgemisch für eine Stunde bei 37 Grad Celsius in einen Schüttelinkubator gelegt, damit sich die Zellen erholen können. Anschließend werden die Zellen auf den Agarplatten kultiviert, indem 20 bis 200 Mikroliter der kultivierten Bakterien auf die Platte gegeben und dann verteilt werden. Die Platten werden dann über Nacht inkubiert. Am nächsten Tag sollten die Agarplatten ein Koloniewachstum aufweisen, was darauf hindeutet, dass die Zellen das Plasmid aufgenommen haben. Diese Kolonien können nun für weitere Experimente genutzt werden.
Nachdem wir nun einige gängige Transfektions- und Transformationsmethoden vorgestellt haben, werfen wir einen Blick auf einige Anwendungen dieses neuartigen Feldes. Gentechnisch veränderte Bakterien könnten zur Sanierung der Umwelt verwendet werden, z. B. zur Zersetzung von Ölrückständen. Mit Hilfe von Techniken der synthetischen Biologie könnten maßgeschneiderte Organismen so konstruiert werden, dass sie bestimmte Umweltschadstoffe abbauen. Dies kann zu geringeren Reinigungskosten führen als bei typischen arbeitsintensiven Reinigungsmethoden. Synthetisch aufgebaute molekulare biologische Systeme könnten auch geschaffen werden, um bestimmte Krankheiten wie Krebs zu diagnostizieren und zu behandeln. Diese Organismen könnten so geschaffen werden, dass sie auf die charakteristischen Signaturen oder Antikörper von Krebszellen reagieren. Außerdem könnten sie durch programmiertes Targeting bei der Behandlung infizierter Zellen helfen.
Sie haben gerade Jove's Introduction to Synthetic Biology gesehen. Sie sollten nun mit den Zielen dieses neuartigen Gebietes und einigen Techniken vertraut sein, die verwendet werden, um Organismen zu verbessern und schließlich zu erschaffen, um aktuelle Weltprobleme zu bekämpfen. Danke fürs Zuschauen.
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Q1: What is the main goal of synthetic biology?
Synthetic biology combines biology and engineering to create or redesign biological entities, organisms, or pathways. The primary objective is to use biology as a tool to create new molecules and organisms, similar to how an electrical engineer builds functional circuits from individual components. Researchers aim to create programmable microorganisms from scratch using individual cell components to solve real-world problems.
Q2: How does transfection differ from transformation in genetic modification?
Transfection is the process of inserting genetic material such as DNA or RNA into mammalian cells. When the same technique is performed on bacterial cells, it is called transformation. Both methods use positively charged carrier molecules or liposomes to deliver genetic material across the negatively charged cell membrane via endocytosis.
Q3: What happens during electroporation in the laboratory?
Electroporation uses an electrode to create tiny pores in the cell membrane, allowing DNA to pass through. Cells and RNA are loaded into a pipette electrode tip with electrolytic buffer in a glass cuvette. A pulsed voltage of approximately 1500 volts is applied to open the membrane temporarily. After electroporation, cells are mixed with culture media and either used or stored for further experimentation.
Q4: What are the key steps in the heat shock method for bacterial transformation?
The heat shock method begins with chemically competent cells thawed on ice and mixed with cold plasmid DNA. The mixture is incubated on ice for 30 minutes, then placed in a 42-degree Celsius water bath for 30 seconds. Cells are immediately returned to ice, fresh media is added, and the mixture is incubated at 37 degrees Celsius for one hour to allow recovery. Cells are then cultured on antibiotic-containing agar plates overnight to identify successful transformants.
Q5: How does DNA sequencing advance synthetic biology research?
DNA sequencing allows researchers to identify specific gene functions in organisms with desirable traits. Once identified, the exact DNA sequence can be synthesized in large amounts and used to genetically modify cells through transfection or transformation. This capability enables scientists to isolate and replicate beneficial genetic information, making it possible to engineer custom organisms for specific applications.
Q6: What are real-world applications of synthetic biology?
Synthetic biology has diverse applications including environmental cleanup, where genetically engineered bacteria break down oil residues and specific pollutants at lower costs than traditional labor-intensive methods. In medicine, synthetically constructed organisms can be engineered to diagnose and treat diseases like cancer by responding to cancer cell signatures and targeting infected cells for treatment. These engineered systems support upstream and downstream bioprocess engineering for scaled production.
Q7: How does genetic material enter the cell during transfection?
During transfection, DNA is complexed with positively charged carrier molecules or condensed within positively charged liposomes or polymer particles such as polyethyleneimine. The positively charged complex attaches to the negatively charged cell membrane and enters via endocytosis, a process using membrane-bound vesicles called endosomes. Once inside, genetic material leaves the endosome and enters the nucleus where cellular machinery produces mRNA and protein.