211service.com
Kaip sukurti dirbtinę ląstelę
Praėjusį mėnesį J. Craigo Venterio instituto mokslininkai paskelbė, kad jie sukūrė pirmąją sintetinę ląstelę, sujungę genomą, pagamintą iš buteliuose esančių cheminių medžiagų, ir persodinę jį į recipiento ląstelę. Pagrindinis pasiekimas rodo naują gyvybės medžiagos kontrolės lygį molekuliniu lygmeniu ir gali padėti sukurti ląsteles, kurios gamina didelius kiekius vakcinų ir švaresnio kuro.
Sintetinės ląstelės: Šiose Petri lėkštelėse augančiose bakterijų kolonijose yra kompiuteryje modifikuotas genomas, o vėliau laboratorijoje sumaišytas.
Nors mokslininkai pabrėžia, kad prireiks metų, kol mokslininkai galės parodyti tikrąjį šių metodų potencialą kurti gyvybę, dabar jie naudojasi eksperimentais, kad padidintų esminį ląstelių biologijos supratimą.
Praėjusią savaitę ekskursijoje po instituto Rokvilyje (MD) esančias patalpas, kuriose vyksta eksperimentai, mokslininkai paaiškino, kad sintetinė ląstelė buvo sukurta įgyvendinant projektą, kurio tikslas – išmokti sukurti ląstelę su minimaliu genų skaičiumi. gyventi. Tikimasi, kad suprasdami pagrindinius ląstelių gyvenimo principus galėsime priversti ląsteles gaminti daugiau, sako Džonas Glasas , instituto profesorius. Ląstelės, sukurtos tam tikrai cheminei medžiagai gaminti, padarys ją veiksmingesnę, jei mokslininkai galės pašalinti visus kitus neesminius medžiagų apykaitos procesus. Aš visada norėjau sužinoti, kaip veikia ląstelės, o dabar turime įrankius, sako jis.
Vienas iš būdų išsiaiškinti, kas yra minimalus genomas, būtų pradėti nuo mikrobo, su kuriuo lengva dirbti laboratorijoje, pvz., mielių ar E. coli , ir po vieną išmuškite kiekvieną geną. Tačiau šis procesas užtrunka labai ilgai. Vietoj to, Venter mokslininkai pradeda nuo bakterijos, kuri jau turi labai mažą genomą, genomo sekos, pakeičia ją kompiuteryje, kad pridėtų arba pašalintų genus, tada sintezuoja iš cheminių medžiagų, persodina į ląstelę ir pamato, kaip pasikeis. paveikti ląstelės funkciją. Tokiu būdu sukūrus genomą pagreitėja instituto atliekami minimalių genomų tyrimai Danielis Gibsonas , Venter instituto docentas.
Pirmasis žingsnis kuriant sintetinę ląstelę yra genomo projektavimas. Šis procesas vyksta kompiuteryje su 1 077 947 raidžių seka, kuri sudaro bakterijos genomą Mycoplasma mycoides . Pradiniuose demonstraciniuose eksperimentuose tyrėjai ištrynė 15 genų. O norėdami sukurti vandens ženklą, skiriantį sintetinį genomą nuo natūralaus, jie taip pat padarė papildymus. Tyrėjai užkodavo savo vardus, URL, keletą citatų ir elektroninio pašto adresą į keturių raidžių DNR abėcėlę ir įtraukė ją į genomą.
Šiandien laboratorijoje sintetinti ilgas DNR dalis yra brangu ir atima daug laiko. Taigi mokslininkai naudojo kompiuterinę programą, kad suskirstytų genomą į 1100 vienetų, kurių kiekviena buvo maždaug 1080 bazinių porų arba raidžių ilgio. Kompiuterinė programa abiejuose kiekvienos pjūvio galuose pridėjo lipnias sekas, kurios leistų vėl sujungti gabalus. Tada mokslininkai išsiuntė šiuos 1100 dizainų DNR sintezės įmonei.
Tada instituto mokslininkai pasitelkia mielių ląsteles, kad 1100 fragmentų sujungtų į vieną apskritą DNR dalį, kuri sudaro užbaigtą sintetinį genomą. Kad mielės galėtų atlikti savo darbą, Gibsono grupė turi padaryti DNR fragmentus draugiškus mielėms. Gibsono grupė prie kiekvieno DNR fragmentų rinkinio pirmiausia prideda trumpą DNR seką, kuri sutraukia fragmentus į kilpą ir padaro fragmentus draugiškus mielių ląstelėms, kurios buvo apdorotos, kad jos galėtų suryti DNR.
Gibsonas sujungia mielių ląsteles tirpale su dešimčia tipų DNR fragmentų, kurių kiekvienas sudaro nuoseklią Mikoplazma genomo. Mielių ląstelės atlieka fragmentų sujungimo darbą. Šis procesas kartojamas tol, kol mielės sujungia vis didesnes genomo dalis. Galiausiai kai kurios mielių ląstelės sujungs visą sintetinį genomą. Atlikę bandymus, siekdami patikrinti, ar kolonija turi visą bakterijų genomą, tyrėjai augina mieles kolboje, kad jos galėtų daugintis ir gaminti genomą dideliais kiekiais.
Kitas žingsnis – iš mielių išgauti visą sintetinį bakterijų genomą ir persodinti į bakterijų ląsteles. Genomo išskyrimas iš mielių ir jo transportavimas yra sudėtingiausia proceso dalis. Mikoplazmos genomas yra palyginti mažas, tačiau tai didžiulė molekulė. Vandens, judančio aplink plikas DNR molekules, šlyties jėga gali ją atskirti. Taigi mokslininkai imobilizuoja DNR gelio granulėje ir nuneša į kitą laboratoriją, kur buvo paruoštos transplantacijos recipiento ląstelės. Rūšies ląstelės gavėjos Mycoplasma capricolum , yra artimi giminaičiai ląstelių, kurių genomas yra sintetinio genomo pagrindas. Per bandymus ir klaidas mokslininkai išsiaiškino, kad yra tam tikra ląstelių augimo ir dalijimosi ciklo dalis, kurioje jos greičiausiai paims svetimą DNR.
Kad ląstelės recipientės perimtų sintetinį genomą, iš dalies yra atsitiktinumas. Tyrėjas sumaišo recipiento ląsteles su cheminiu tirpalu, kad jų paviršiai taptų skysti ir lipnūs, tada prideda ląsteles į DNR tirpalą. Sumaišius lipnios ląstelės pradeda jungtis viena su kita. Siekiant išlaikyti sferinę formą, kai jų paviršiaus plotas didėja, ląstelės ima tūrį iš aplink jas esančio tirpalo. Atsitiktinai, kai jos susilieja, kai kurios iš šių megacellų įgauna kopijas M. mycoides genomo.
Palikusios maždaug tris valandas, ląstelės, turinčios daugiau nei vieną genomą, pasiskirstys, sukurdamos ląstelių tipų mišinį. Maždaug vienai iš 100 000 ląstelių yra persodintas genomas, kuriame yra atsparumo antibiotikams genas. Kai ląstelių tirpalas ištepamas ant plokštelių, kuriose yra antibiotikas tetraciklinas, išgyvena tik tie, kurių genomas yra persodintas. Nors iš pradžių jie buvo skirtingų rūšių, M. mycoides genomas perima, kad sukurtų tai, ką mokslininkai vadina sintetine ląstele.
Mokslininkai dabar naudos šiuos metodus, kad palaipsniui sumažintų genomą. Šiuo metu jie naudoja programinę įrangą, kad sukurtų naujus genomus su pašalintais įvairiais genais, tada naudoja savo techniką, kad juos sintezuotų ir persodintų. Eksperimente galime išbandyti stulbinančias galimybes, sako Glassas. Tai leidžia jiems per kelias savaites, o ne metus nustatyti, kas atsitinka, kai, tarkime, 10 genų tam tikrame kelyje ekspresuojami skirtingu lygiu arba pašalinami.
Šių metodų kūrimas pareikalavo apie 30–40 milijonų dolerių finansavimo, daugiausia iš bendrovės „Synthetic Genomics“. Pagrindinę šių eksperimentų kainą sudaro DNR sintezės kaina, kuri gali sumažėti, nes daugiau tyrėjų įžvelgs tokio tipo eksperimentų pažadą. Kitos grupės to nedaro dėl išlaidų ir dėl to, kad metodai buvo sunkūs, bet aš norėčiau manyti, kad mes darome metodus paprastus, sako Gibsonas. Bostono universiteto profesorius Jamesas Collinsas sutinka. Kai sąnaudos mažės, pamatysite, kad daugelis laboratorijų pradės sintetinti pagal šią skalę. Jei ši technika bus laikoma naudinga, mes padengsime išlaidas.