211service.com
Kā izveidot mākslīgo šūnu
Pagājušajā mēnesī J. Kreiga Ventera institūta pētnieki paziņoja, ka ir izveidojuši pirmo sintētisko šūnu, saliekot kopā genomu, kas izgatavots no pudelēs pildītām ķīmiskām vielām, un pārstādot to recipienta šūnā. Nozīmīgais sasniegums ir jauns dzīvības vielas kontroles līmenis molekulārā līmenī un tas, kas varētu novest pie veidiem, kā izveidot šūnas, kas ražo vakcīnas lielos daudzumos un tīrāku degvielu.
Sintētiskās šūnas: Baktēriju kolonijās, kas aug uz šiem Petri trauciņiem, ir datorā modificēts genoms un pēc tam laboratorijā sagriezts kopā.
Lai gan pētnieki uzsver, ka paies gadi, pirms zinātnieki varēs pierādīt šo metožu patieso potenciālu dzīvības inženierijā, viņi tagad izmanto eksperimentus, lai palielinātu fundamentālo izpratni par šūnu bioloģiju.
Pagājušajā nedēļā ekskursijā pa institūta Rokvilā, MD, telpām, kur notiek eksperimenti, zinātnieki paskaidroja, ka sintētiskā šūna tika izveidota projekta rezultātā, lai uzzinātu, kā izveidot šūnu ar minimālu iespējamo gēnu skaitu. tiešraide. Cerams, ka, izprotot šūnu dzīves pamatprincipus, mēs varēsim likt šūnām ražot vairāk lietu, saka Džons Glāss , institūta profesors. Šūnas, kas paredzētas konkrētas ķīmiskas vielas iegūšanai, padarīs to efektīvāku, ja pētnieki spēs novērst visus citus nebūtiskus vielmaiņas procesus. Es vienmēr esmu gribējis zināt, kā darbojas šūnas, un tagad mums ir rīki, viņš saka.
Viens veids, kā noskaidrot, kas ir minimālais genoms, būtu sākt ar mikrobu, ar kuru ir viegli strādāt laboratorijā, piemēram, raugu vai E. coli , un izsitiet katru gēnu pa vienam. Bet šis process aizņem ļoti ilgu laiku. Tā vietā Ventera zinātnieki sāk ar genoma secību no baktērijas, kurai jau ir ļoti mazs genoms, maina to datorā, lai pievienotu vai dzēstu gēnus, pēc tam sintezētu to no ķīmiskām vielām, pārstādītu šūnā un redzētu, kā mainās. ietekmēt šūnas darbību. Genoma veidošana šādā veidā paātrina institūta pētījumus par minimāliem genomiem, saka Daniels Gibsons , Ventera institūta asociētais profesors.
Pirmais solis sintētiskās šūnas izgatavošanā ir genoma projektēšana. Šis process notiek datorā ar 1 077 947 burtu secību, kas veido baktērijas genomu Mycoplasma mycoides . Savos sākotnējos demonstrācijas eksperimentos pētnieki izdzēsa 15 gēnus. Un, lai izveidotu ūdenszīmi, kas atšķir sintētisko genomu no dabiskā, viņi arī veica papildinājumus. Pētnieki iekodēja savus vārdus, URL, dažus citātus un e-pasta adresi DNS četru burtu alfabētā un pievienoja to genomam.
Mūsdienās ir dārgi un laikietilpīgi sintezēt garus DNS gabalus laboratorijā. Tāpēc pētnieki izmantoja datorprogrammu, lai sadalītu genomu 1100 gabalos, katrs aptuveni 1080 bāzes pāru jeb burtu garumā. Datorprogramma katras šķēles abos galos pievienoja lipīgas sekvences, kas ļautu gabalus atkal salikt kopā. Pēc tam pētnieki nosūtīja šos 1100 dizainus DNS sintēzes uzņēmumam.
Pēc tam institūta pētnieki piesaista rauga šūnas, lai 1100 fragmentus savienotu vienā, apļveida DNS daļā, kas veido pabeigto sintētisko genomu. Pirms raugs var veikt savu darbu, Gibsona grupai ir jāpadara DNS fragmenti raugam draudzīgi. Gibsona grupa katrai DNS fragmentu kopai vispirms pievieno īsu DNS secību, kas fragmentus ievelk cilpā un padara fragmentus draudzīgus rauga šūnām, kas ir apstrādātas, lai padarītu tās spējīgas apēst DNS.
Gibsons apvieno rauga šūnas šķīdumā ar desmit veidu DNS fragmentiem, no kuriem katrs veido secīgu Mikoplazma genoms. Rauga šūnas veic darbu, saliekot fragmentus atpakaļ. Šo procesu atkārto, līdz raugs saliek arvien lielākus genoma gabalus. Galu galā dažas rauga šūnas būs izveidojušas pilnīgu sintētisko genomu. Pēc pārbaudes, lai pārliecinātos, ka kolonijā ir viss baktēriju genoms, pētnieki audzē raugu kolbā, lai tie varētu vairoties un ražot genomu lielos daudzumos.
Nākamais solis ir iegūt pilnu sintētisko baktēriju genomu no rauga un pārstādīt to baktēriju šūnās. Genoma ekstrakcija no rauga un tā transportēšana ir sarežģītākā procesa daļa. Mikoplazmas genoms ir salīdzinoši mazs, taču tā ir milzīga molekula. Ūdens bīdes spēks, kas pārvietojas ap tukšajām DNS molekulām, var to izjaukt. Tāpēc pētnieki imobilizē DNS gēla granulā un nogādā to citā laboratorijā, kur ir sagatavotas transplantācijas saņēmēja šūnas. Sugas saņēmējšūnas Mycoplasma capricolum , ir tuvi radinieki šūnām, kuru genoms ir sintētiskā genoma pamatā. Izmantojot izmēģinājumus un kļūdas, pētnieki ir atklājuši, ka ir noteikta šūnu augšanas un dalīšanās cikla daļa, kurā tās, visticamāk, uzņems svešo DNS.
Panākt, ka saņēmējas šūnas uzņem sintētisko genomu, daļēji ir nejaušība. Pētnieks sajauc saņēmēja šūnas ar ķīmisku šķīdumu, lai padarītu to virsmas šķidras un lipīgas, un pēc tam pievieno šūnas DNS šķīdumam. Pēc sajaukšanas lipīgās šūnas sāk saplūst viena ar otru. Lai saglabātu sfērisku formu, palielinoties to virsmas laukumam, šūnas iegūst tilpumu no ap tām esošā šķīduma. Nejauši, tām saplūstot, dažas no šīm megašūnām pārņem kopijas M. mycoides genoms.
Atstājot apmēram trīs stundas, šūnas ar vairāk nekā vienu genomu sadalīsies, radot šūnu tipu maisījumu. Apmēram vienai no 100 000 šūnām ir transplantēts genoms, kas satur antibiotiku rezistences gēnu. Kad šūnu šķīdums tiek uzklāts uz plāksnēm, kas satur antibiotiku tetraciklīnu, izdzīvo tikai tie, kuriem ir transplantēts genoms. Lai gan sākotnēji tie bija no dažādām sugām, M. mycoides genoms pārņem, lai izveidotu to, ko pētnieki sauc par sintētisko šūnu.
Pētnieki tagad izmantos šīs metodes, lai pakāpeniski samazinātu genomu. Pašlaik viņi izmanto programmatūru, lai izstrādātu jaunus genomus ar dažādiem gēniem, pēc tam izmantojot savu tehniku, lai tos sintezētu un transplantētu. Mēs varam pārbaudīt satriecošu iespēju skaitu eksperimentā, saka Glass. Tas ļauj viņiem dažu nedēļu, nevis gadu laikā noteikt, kas notiek, ja, piemēram, 10 gēni noteiktā ceļā tiek ekspresēti dažādos līmeņos vai tiek likvidēti.
Šo metožu izstrāde prasīja aptuveni 30 līdz 40 miljonus ASV dolāru finansējumu, galvenokārt no uzņēmuma Synthetic Genomics. Šo eksperimentu galvenās izmaksas rada DNS sintezēšanas cena, kas var samazināties, jo vairāk pētnieku redz šāda veida eksperimentu solījumu. Citas grupas to nedara izmaksu dēļ un tāpēc, ka metodes ir bijušas sarežģītas, taču es gribētu domāt, ka mēs metodes padarām vienkāršas, saka Gibsons. Bostonas universitātes profesors Džeimss Kolinss piekrītu. Samazinoties izmaksām, jūs redzēsiet, ka vairākas laboratorijas sāks sintezēt šajā mērogā. Ja šis paņēmiens tiek uzskatīts par noderīgu, mēs segsim izmaksas.