Synthetische Biologie

Bioengineering

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Summary

Dieses Video zeigt die synthetische Biologie und seine Rolle in Bioingenieurwesen. Synthetischer Biologie bezieht sich auf die Methoden zur Organismen genetisch zu verändern, um sie in der Lage, große Mengen eines Produkts zu machen. Dieses Produkt kann ein Protein, das die Zelle bereits macht, oder ein neues Protein, das in eine neu eingefügte DNA-Sequenz kodiert wurde.

Hier wir diskutieren, wie ein Organismus des genetischen Materials ist mit Transformation oder Transfektion geändert. Dann erscheint der Prozess im Labor und die Anwendungen der Technik diskutiert.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioengineering. Synthetische Biologie. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

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.

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