Synthetische biologie is een vakgebied dat biologie en engineering combineert om biologische entiteiten, organismen of paden te creëren of opnieuw te ontwerpen. Het idee is vergelijkbaar met chemische synthese in de chemie waar bekende reacties worden gebruikt om nieuwe chemische verbindingen te synthetiseren. Het einddoel kan variëren van de creatie van nieuwe biologische geneesmiddelmoleculen tot het modificeren van organismen om ze in staat te stellen afvalstoffen af te breken. Deze video bespreekt de basisprincipes van synthetische biologie en enkele technieken die worden gebruikt om biologische modules te construeren. Ten slotte presenteren we enkele praktijktoepassingen van dit zich ontwikkelende vakgebied.
Het belangrijkste doel van dit opkomende vakgebied is om biologie en bio-engineering als een hulpmiddel te gebruiken om nieuwe moleculen en organismen te creëren. Net zoals een elektrisch ingenieur een functionele circuit maakt van individuele elektrische componenten, is een belangrijk doel van synthetische biologie om een programmeerbaar micro-organisme vanuit het niets te creëren met behulp van individuele celcomponenten. Dit is echter nog verre van haalbaar op dit moment, voornamelijk omdat biologische processen minder goed worden begrepen. Dit doel wordt bereikbaarder gemaakt door recente ontwikkelingen, zoals DNA-sequencing van de volgende generatie. Met behulp van DNA-sequencing kunnen onderzoekers de functies in DNA-sequentiespecifieke genen identificeren in organismen die bepaalde gewenste eigenschappen bezitten. Vervolgens kan de exacte DNA-sequentie in grote hoeveelheden worden gesynthetiseerd en vervolgens worden gebruikt om een cel genetisch te modificeren door middel van transfectie. Transfectie is het proces van het inbrengen van genetisch materiaal, zoals DNA of RNA, in zoogdiercellen. Wanneer het op bacteriecellen wordt uitgevoerd, wordt de techniek transformatie genoemd. In dit proces wordt DNA vaak gecomplexeerd met positief geladen dragermoleculen of gecondenseerd binnen een positief geladen liposoom of polymeerdeeltje, zoals polyethyleeniminium. Het positief geladen complex hecht zich aan het negatief geladen celmembraan en komt vervolgens de cel binnen via endocytose, een proces waarbij moleculen een cel binnenkomen via membraangebonden blaasjes genaamd endosomen. Eenmaal in de cel verlaat het genetische materiaal het endosom en komt uiteindelijk in de kern terecht, waar de celmachinerie in staat is om MRNA en vervolgens eiwit ervan te maken. Nu we de basisprincipes van synthetische biologie hebben geïntroduceerd, laten we eens kijken naar enkele transfectietechnieken die veel worden gebruikt in het laboratorium.
Elektroporatio is een techniek die het gebruik van een elektrode om kleine poriën in het celmembraan te creëren, waardoor DNA kan passeren, inhoudt. Eerst wordt de bodem van elke put van een 48-welplate met 250 microliter antilichaam en buffer met calcium en magnesium bedekt. De platen worden vervolgens geïncubeerd bij 37 graden. Vervolgens wordt het RNA voorbereid voor transfectie. Een microliter RNA-voorraadoplossing wordt voor elke afzonderlijke transfectie in een microcentrifugebuisje gepipetteerd, waarbij de buisjes op ijs blijven. De met antilichamen beklede platen worden vervolgens gewassen met buffer voordat het celmedium wordt toegevoegd. De cellen worden losgemaakt van de bodem van de welplaten voor weefselkweek, gepoold in een centrifugebuisje, gepelleteerd en opnieuw gesuspendeerd. De cellen worden geteld en hun levensvatbaarheid wordt beoordeeld. Vervolgens wordt een klein volume cellen aan elke RNA-aliquot toegevoegd. De cellen in RNA worden vervolgens geladen in een pijptijdenstip en elektrolytisch buffer wordt toegevoegd aan een glazen cuvet. De cuvet wordt in de houder geplaatst en de pijptijdenstip in de cuvet geplaatst. De cellen worden geëlektroporeerd met een gepulste spanning van ongeveer 1500 volt. Nadat de elektroporatie voltooid is, worden de cellen gemengd met celkweekmedium in een kweekplaat en worden ze gebruikt of opgeslagen.
Een andere techniek is de hitteschokmethode, die hitte gebruikt om openingen in het celmembraan te creëren. Eerst worden het geschikte medium en agar voorbereid en gesteriliseerd. Vervolgens wordt de afgekoelde agar met antibioticum in platen gegoten en afgekoeld tot kamertemperatuur. Vervolgens wordt een waterbad ingesteld op 42 graden Celsius en worden de chemisch competente cellen op ijs ontdooid. Een tot vijf microliter van één nanogram per microliter van koud plasmide wordt toegevoegd aan de ontdooide cellen en voorzichtig gemengd. Vervolgens wordt het cel- en plasmamengsel gedurende 30 minuten op ijs teruggezet. Na deze incubatie op ijs wordt het cellenmengsel in het waterbad geplaatst om het gedurende 30 seconden te hitteschoken. Het cel- en plasmidemengsel wordt vervolgens onmiddellijk op ijs geplaatst en vers medium toegevoegd. Vervolgens wordt het cellenmengsel in een schuddende incubator bij 37 graden Celsius gedurende een uur geplaatst, zodat de cellen kunnen herstellen. Vervolgens worden de cellen gekweekt op de agarplaten door 20 tot 200 microliter van de gekweekte bacteriën toe te voegen aan de plaat en vervolgens te verspreiden. De platen worden vervolgens een nacht geïncubeerd. De volgende dag zouden de agarplaten koloniaalgroei moeten hebben, wat aangeeft dat de cellen het plasmide hebben opgenomen. Deze kolonies kunnen nu worden gebruikt voor verder experimenteren.
Nu we enkele veelvoorkomende transfectie- en transformatiemethoden hebben geïntroduceerd, laten we eens kijken naar enkele toepassingen van dit nieuwe vakgebied. Genetisch gemanipuleerde bacteriën zouden kunnen worden gebruikt voor milieusanering, zoals het afbreken van olieresiduen. Met behulp van synthetische biologietechnieken kunnen aangepaste organismen worden ontworpen om specifieke milieuverontreinigingen af te breken. Dit zou lagere saneringkosten kunnen opleveren dan typische arbeidsintensieve schoonmaakmethoden. Synthetisch geconstrueerde moleculair schaal biologische systemen kunnen ook worden gecreëerd om specifieke ziekten zoals kanker te diagnosticeren en te behandelen.
Deze video presenteert synthetische biologie en de rol ervan in bio-engineering. Synthetische biologie verwijst naar de methoden die worden gebruikt o…
Hoofdstukken in deze video
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
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.