ביולוגיה סינתטית

ביולוגיה סינתטית היא תחום המשלב ביולוגיה והנדסה כדי ליצור או לעצב מחדש ישויות ביולוגיות, אורגניזמים או מסלולים. הרעיון דומה לסינתזה כימית בכימיה שבה תגובות ידועות משמשות לסנתז תרכובות כימיות חדשות. המטרה הסופית יכולה להשתנות מיצירת מולקולות תרופות ביולוגיות חדשות לשינוי אורגניזמים כדי לגרום להם לשבור פסולת. וידאו זה דן בעקרונות הבסיסיים של ביולוגיה סינתטית וכמה טכניקות המשמשות לבניית מודולים ביולוגיים. לבסוף, אנו מציגים כמה יישומים בעולם האמיתי של תחום מתפתח זה.

המטרה העיקרית של שדה מתפתח זה היא להשתמש בביולוגיה ובהנדסה ביולוגית ככלי ליצירת מולקולות ואורגניזמים חדשים. בדומה למהנדס חשמל היוצר מעגל פונקציונלי מרכיבים חשמליים בודדים, מטרה מרכזית של ביולוגיה סינתטית היא ליצור מיקרואורגניזם ניתן לתכנות מאפס באמצעות רכיבי תאים בודדים. עם זאת, זה עדיין רחוק מלהיות בר השגה בשלב זה, בעיקר משום תהליכים ביולוגיים פחות מובנים. מטרה זו נעשית ברת השגה יותר על ידי ההתקדמות האחרונה, כגון רצף DNA הדור הבא. באמצעות ריצוף DNA, חוקרים יכולים לזהות את הפונקציות בגנים ספציפיים לרצף DNA באורגניזמים בעלי תכונות רצויות מסוימות. לאחר מכן, ניתן לסנתז את רצף הדנ"א המדויק בכמויות גדולות ולאחר מכן להשתמש בו לשינוי גנטי של תא באמצעות טרנספקטו. טרנספקטיון הוא תהליך של החדרת חומר גנטי, כגון DNA או RNA, לתאי יונקים. כאשר מבוצע על תאים חיידקיים, הטכניקה נקראת טרנספורמציה. בתהליך זה, DNA מורכב לעתים קרובות עם מולקולות נשא טעון חיובית או מרוכז בתוך חלקיק ליפוזום או פולימר טעון חיובית, כגון פוליאתילנין. המתחם הטעון לחיוב מתחבר לקרום התא הטעון שלילית ואז נכנס לתא באמצעות אנדוציטוזיס, שהוא תהליך שבו מולקולות נכנסות לתא דרך שלל הקשור לממברנה הנקרא אנדוזומים. ברגע שהוא בתוך התא, החומר הגנטי עוזב את האנדום ובסופו של דבר נכנס לגרעין, שם המכונות של התא מסוגלות לייצר MRNA ואז חלבון ממנו. כעת, לאחר שהצגנו את היסודות של ביולוגיה סינתטית, בואו נסתכל על כמה טכניקות טרנספקטו הנפוצות במעבדה.

אלקטרופורציה היא טכניקה הכרוכה בשימוש באלקטרודה כדי ליצור נקבוביות זעירות בקרום התא, ובכך לאפשר ל- DNA לעבור. ראשית, החלק התחתון של כל באר של צלחת 48 היטב מצופה 250 microliters של נוגדנים חוצץ עם סידן ומגנזיום. הלוחות דוגרים אז ב-37 מעלות. לאחר מכן, הרנ"א מוכן להדבקה. מיקרוליטר אחד של תמיסת מלאי RNA הוא aliquote לתוך צינור microcentifuge עבור כל transfection נפרד, עם הצינורות שנותרו על קרח. הלוחות מצופים בנוגדנים נשטפים עם חוצץ לפני הוספת מדיית התא. התאים מנותקים מתחתית בארות תרבית הרקמות, מאוגדים בצינור צנטריפוגה, מנודים ומנוצלים מחדש. התאים נספרים וההיערכת הכדאיות שלהם. לאחר מכן, נפח קטן של תאים מתווסף לכל aliquot של RNA. התאים ברנ"א נטענים לאחר מכן לתוך קצה אלקטרודה פיפטה וחיץ אלקטרוליטי נוסף cuvette זכוכית. הקובט ממוקמת בתוך המחזיק, ואלקטרודה הפיפטה ממוקמת בקובט. התאים הם אלקטרופוריים באמצעות מתח פולס של כ 1500 וולט. לאחר השלמת האלקטרופורציה, התאים מעורבבים עם מדיה של תרבית תאים בצלחת תרבות ומשמשים או מאוחסנים.

טכניקה נוספת היא שיטת הלם החום, המשתמשת בחום כדי ליצור פתחים בקרום התא. ראשית, אמצעי התקשורת והאגאר המתאימים מוכנים ומעוקרים. לאחר מכן, אגר מקורר המכיל אנטיביוטיקה נשפך לתוך צלחות מותר להתקרר לטמפרטורת החדר. לאחר מכן, אמבט מים מוגדר 42 מעלות צלזיוס והתאים המוכשרים מבחינה כימית מופשרים על קרח. אחד עד חמישה מיקרוליטרים של ננוגרם אחד לכל מיקרוליטר של פלסמיד קר מתווסף לתאים המופשרים ומעורבב בעדינות. ואז תערובת התא והפלזמה מוחזרת לקרח במשך 30 דקות. לאחר דגירה זו על קרח, תערובת התא ממוקמת באמבט המים כדי לחשמל אותו במשך 30 שניות. תערובת התא והפלסטיד מונחת מיד על קרח ומדיה טרייה נוספת. ואז תערובת התא ממוקמת באינקובטור רועד ב 37 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת, כך התאים יכולים להתאושש. לאחר מכן התאים מתורבתים על לוחות אגר על ידי הוספת 20 עד 200 מיקרוליטרים של החיידקים בתרבית לצלחת ולאחר מכן מתפשטים. לאחר מכן, הצלחות דוגרות למשך הלילה. למחרת, לוחות אגר צריך להיות צמיחת המושבה המציין כי התאים לקחו plasmid. מושבות אלה יכולות כעת לשמש לניסויים נוספים.

עכשיו שהצגנו כמה שיטות נפוצות של טרנספורמציה ושינוי, בואו נסתכל על כמה יישומים של תחום הרומן הזה. חיידקים מהונדסים גנטית יכולים לשמש לניקוי סביבתי כמו שאריות שמן משפילות. באמצעות טכניקות ביולוגיה סינתטית אורגניזמים מותאמים אישית יכול להיות מהונדס כדי לשבור מזהמים סביבתיים ספציפיים. הדבר עלול לגרום לעלויות ניקוי נמוכות יותר מאשר שיטות ניקוי אינטנסיביות עבודה טיפוסיות. ניתן ליצור גם מערכות ביולוגיות בקנה מידה מולקולרי שנבנה באופן סינתטי כדי לאבחן ולטפל במחלות ספציפיות כמו סרטן. אורגניזמים אלה יכולים להיווצר כדי להגיב חתימות אופייניות או נוגדנים של תאים סרטניים. כמו כן, הם יכולים לסייע בטיפול בתאים נגועים על ידי מיקוד מתוכנת.

הרגע צפית בהקדמה לביולוגיה סינתטית של ג'וב. עכשיו אתה צריך להכיר את המטרות של שדה חדשני זה וכמה טכניקות המשמשות כדי לשפר ובסופו של דבר ליצור אורגניזמים כדי להילחם בבעיות העולם הנוכחי. תודה שצפיתם.