211service.com
Krok w kierunku sztucznych ogniw zbudowanych z krzemu
Idąc w kierunku wyrafinowanych sztucznych komórek, naukowcy opracowali chip krzemowy, który może wytwarzać białka z DNA, najbardziej podstawowej funkcji życia.
System, choć stosunkowo prosty, sugeruje drogę do naśladowania życia z częściowo wyprodukowanymi komponentami, mówi Roy Bar-Ziv , materiałoznawca w Instytucie Nauki Weizmanna w Izraelu, który kieruje pracami.
Komórki nieustannie tworzą białka na podstawie instrukcji zakodowanych w sekwencjach DNA. To, ile z każdego białka jest wytwarzane, jest kontrolowane przez inne geny, często w skomplikowanych pętlach sprzężenia zwrotnego. Bar-Ziv nazywa swoją komórkę na chipie nowym systemem pozwalającym nam zbadać, w jaki sposób geny są włączane i wyłączane poza żywą komórką.
Chipy zostały stworzone przy użyciu techniki opracowanej kilka lat temu przez laboratorium Bar-Ziv, aby zakotwiczyć DNA w krzemie, najpierw pokrywając powierzchnię aktywowaną światłem chemiczną. Wykorzystali wzory światła, aby stworzyć miejsca, w których DNA wiąże się i łączy w wiązki przypominające szczoteczki do zębów. Każda szczoteczka do DNA była zamknięta w małej, okrągłej komorze. Przedziały te były połączone wąską kapilarą o szerokości 20 mikrometrów z większym kanałem, przez który przepływał płynny ekstrakt z komórek bakteryjnych — wszystkie składniki potrzebne do syntezy białek z pędzli DNA.
System opisany w pkt Nauka referat w sierpniu przez Bar-Ziv, wraz z jego uczniami Eyal Karzbrun i Alexandra Tayar, oraz Vincent Noireaux z University of Minnesota, pozwoliło naukowcom stworzyć prostą sieć oddziałujących ze sobą genów.
Prosta sztuczna komórka ma okrągłe komory wyryte w krzemie. Zawierają one DNA i są połączone mikroprzepływowymi kanałami z kąpielą enzymów komórkowych.
Naukowcy mogą już z łatwością syntetyzować białka z DNA w probówce, ale te reakcje w końcu kończą się, gdy białka gromadzą się, a synteza spowalnia. Utrudniło to tworzenie funkcjonujących obwodów genetycznych — oddziałujących sieci genów i białek — poza komórkami. Bar-Ziv mówi, że jego chip rozwiązuje ten problem, spłukując odpady. Ponadto, zmieniając długość kanałów prowadzących do każdego przedziału DNA, był w stanie kontrolować, jak szybko wytwarzane w nim białka dyfundowały do innych obszarów chipa, wpływając na inne reakcje. Jeśli chcesz odtworzyć dynamiczną naturę wzlotów i upadków genów, musisz mieć mechanizm degradacji tego, co wytwarzasz, mówi Bar-Ziv.
Inni biolodzy syntetyczni – nazywani tak, ponieważ dążą do stworzenia nowatorskich, zmodyfikowanych obwodów genetycznych – również zaczęli instalować swoje programy DNA poza organizmami żywymi, na przykład na kartkach papieru, z myślą o tworzeniu nowych rodzajów testów diagnostycznych (zob. Biolodzy tworzą opartą na papierze diagnostykę Eboli).
Podobnie chip Bar-Ziv może w końcu znaleźć zastosowanie w diagnostyce, wykrywaniu warunków środowiskowych lub badaniach przesiewowych leków, z tym, że może utrzymywać reakcje przez dłuższy czas. Naukowcy twierdzą, że chipy można wykorzystać do testowania nowych konstruktów genetycznych, zanim zostaną wprowadzone do rzeczywistych komórek, takich jak bakterie. Jeśli będę mógł szybko wykonać prototypy tych projektów poza komórkami, a następnie wybrać tylko kilka najlepszych do umieszczenia w komórkach, może to przyspieszyć proces, mówi Timothy Lu , biolog syntetyczny na MIT.
Następnym krokiem, mówi Bar-Ziv, jest stworzenie bardziej złożonych wzorców i większych sieci. Ma nadzieję, że w końcu będzie w stanie kontrolować jednocześnie setki różnych genów w tysiącach sztucznych komórek, pozwalając im komunikować się ze sobą i wpływać na siebie, podobnie jak w żywym organizmie. To jeszcze daleko, przyznaje. Jak mówi, przejście z jednego tranzystora do miliardów nie nastąpiło w jeden dzień.