211service.com
Solis ceļā uz mākslīgajām šūnām, kas izgatavotas no silīcija
Soli ceļā uz sarežģītām mākslīgām šūnām zinātnieki ir izstrādājuši silīcija mikroshēmu, kas var ražot proteīnus no DNS, kas ir vissvarīgākā dzīvības funkcija.
Sistēma, lai arī salīdzinoši vienkārša, liecina par veidu, kā atdarināt dzīvi ar daļēji ražotiem komponentiem, saka Rojs Bārs-Zivs , materiālu zinātnieks Weizmann Zinātņu institūtā Izraēlā, kurš vada darbu.
Šūnas pastāvīgi veido proteīnus no instrukcijām, kas kodētas DNS sekvencēs. To, cik daudz katra proteīna tiek ražots, kontrolē citi gēni, bieži vien sarežģītās atgriezeniskās saites cilpās. Bar-Ziv sauc savu šūnu mikroshēmā par jaunu sistēmu, kas ļauj mums pārbaudīt, kā gēni tiek ieslēgti un izslēgti ārpus dzīvās šūnas.
Mikroshēmas tika izveidotas, izmantojot Bar-Ziv laboratorijas paņēmienu, ko pirms vairākiem gadiem izstrādāja DNS noenkurošanai silīcijā, vispirms pārklājot virsmu ar gaismas aktivētu ķīmisku vielu. Viņi izmantoja gaismas modeļus, lai izveidotu vietas, kur DNS saistās un saliek zobu birstēm līdzīgos saišķos. Katra DNS suka bija ierobežota nelielā, apaļā nodalījumā. Šie nodalījumi tika savienoti ar šauru 20 mikrometrus platu kapilāru ar lielāku kanālu, kas veda šķidru ekstraktu plūsmu no baktēriju šūnām — visas sastāvdaļas, kas vajadzīgas proteīnu sintezēšanai no DNS sukām.
Sistēma, kas aprakstīta a Zinātne augustā Bar-Zivs kopā ar saviem studentiem Eilu Karcbrunu un Aleksandru Teilāru, un Vincents Noiro Minesotas Universitātē, ļāva pētniekiem izveidot vienkāršu mijiedarbīgu gēnu tīklu.
Vienkāršai mākslīgai šūnai ir apļveida kameras, kas iegravētas silīcijā. Tie satur DNS un ir savienoti ar mikrofluidiskajiem kanāliem ar šūnu enzīmu vannu.
Zinātnieki jau var viegli sintezēt olbaltumvielas no DNS mēģenē, taču šīs reakcijas galu galā izzūd, jo proteīni uzkrājas un sintēze palēninās. Tas ir apgrūtinājusi funkcionējošu ģenētisko ķēžu — mijiedarbojošu gēnu un proteīnu tīklu — izveidi ārpus šūnām. Bar-Ziv saka, ka viņa mikroshēma pārvar šo problēmu, izskalojot atkritumus. Tāpat, mainot kanālu garumus, kas ved uz katru DNS nodalījumu, viņš varēja kontrolēt, cik ātri tajā ražotie proteīni izkliedējas uz citām mikroshēmas zonām, ietekmējot citas reakcijas. Ja vēlaties atjaunot gēnu dinamisko raksturu, kas iet uz augšu un uz leju, jums ir jābūt mehānismam, lai degradētu to, ko jūs ražojat, saka Bar-Ziv.
Citi sintētiskie biologi — tā sauktie tāpēc, ka viņi cenšas radīt jaunas, inženierijas ģenētiskās shēmas — arī ir sākuši instalēt savas DNS programmas ārpus dzīvām būtnēm, piemēram, uz papīra loksnēm, lai radītu jaunus diagnostikas testu veidus (sk. Sintētiskie testi Biologi izveido uz papīra balstītu Ebolas diagnostiku).
Līdzīgi, Bar-Ziv mikroshēma galu galā var novest pie pielietojumiem diagnostikā, vides noteikšanā vai zāļu skrīningā, jo tā var izraisīt reakcijas ilgāku laiku. Zinātnieki saka, ka mikroshēmas varētu izmantot, lai pārbaudītu jaunas ģenētiskas konstrukcijas, pirms tās tiek ievietotas faktiskās šūnās, piemēram, baktērijās. Ja es varu ātri prototipēt šos dizainus ārpus šūnām un pēc tam vienkārši atlasīt dažus labākos, ko ievietot šūnās, tas varētu paātrināt procesu, saka. Timotijs Lū , sintētiskais biologs MIT.
Nākamais solis, saka Bar-Ziv, ir izveidot sarežģītākus modeļus un lielākus tīklus. Viņš cer, ka galu galā varēs vienlaikus kontrolēt simtiem dažādu gēnu tūkstošiem mākslīgo šūnu, ļaujot tiem sazināties un ietekmēt vienam otru, atšķirībā no dzīvā organisma. Tas joprojām ir ceļš, viņš atzīst. Viņš saka, ka pāreja no viena tranzistora uz miljardiem nenotika vienas dienas laikā.