211service.com
Ett steg mot konstgjorda celler, byggda av kisel
I ett steg mot sofistikerade konstgjorda celler har forskare konstruerat ett kiselchip som kan producera proteiner från DNA, livets mest grundläggande funktion.
Systemet, även om det är relativt enkelt, föreslår en väg att efterlikna livet med delvis tillverkade komponenter, säger Roy Bar-Ziv , en materialvetare vid Weizmann Institute of Science i Israel, som leder arbetet.
Celler skapar ständigt proteiner från instruktioner kodade i DNA-sekvenser. Hur mycket av varje protein som tillverkas styrs av andra gener, ofta i komplicerade återkopplingsslingor. Bar-Ziv kallar sin cell-on-a-chip ett nytt system som låter oss undersöka hur gener slås på och av utanför den levande cellen.
Chipsen skapades med en teknik som Bar-Zivs labb utvecklade för flera år sedan för att förankra DNA till kisel genom att först belägga ytan med en ljusaktiverad kemikalie. De använde ljusmönster för att skapa fläckar där DNA binder och sätts ihop till tandborstliknande buntar. Varje DNA-borste var begränsad till ett litet, runt fack. Dessa fack förenades av en smal kapillär 20 mikrometer bred till en större kanal, som bar ett flöde av flytande extrakt från bakterieceller - alla ingredienser som behövs för att syntetisera proteiner från DNA-borstarna.
Systemet, beskrivet i a Vetenskap uppsats i augusti av Bar-Ziv, tillsammans med hans elever Eyal Karzbrun och Alexandra Tayar, och Vincent Noireaux från University of Minnesota, gjorde det möjligt för forskarna att skapa ett enkelt nätverk av interagerande gener.
En enkel konstgjord cell har cirkulära kammare etsade i kisel. Dessa innehåller DNA och är kopplade till ett bad av cellulära enzymer via mikrofluidkanaler.
Forskare kan redan lätt syntetisera proteiner från DNA i ett provrör, men dessa reaktioner flödar så småningom ut när proteiner ackumuleras och syntesen saktar ner. Det har gjort det svårt att skapa fungerande genetiska kretsar - interagerande nätverk av gener och proteiner - utanför cellerna. Bar-Ziv säger att hans chip övervinner det problemet genom att spola bort avfallsprodukter. Dessutom, genom att ändra längden på kanalerna som leder till varje DNA-fack, kunde han kontrollera hur snabbt de proteiner som tillverkas i den diffunderade till andra delar av chipet, vilket påverkade andra reaktioner. Om man vill rekonstruera den dynamiska karaktären hos gener som går upp och ner måste man ha en mekanism för att förnedra det man gör, säger Bar-Ziv.
Andra syntetiska biologer – så kallade för att de försöker skapa nya, konstruerade genetiska kretsar – har också börjat installera sina DNA-program utanför levande varelser, till exempel på pappersark, i syfte att skapa nya typer av diagnostiska tester (se Syntetiskt Biologer skapar pappersbaserad diagnostik för ebola).
På samma sätt kan Bar-Zivs chip så småningom leda till tillämpningar inom diagnostik, miljöavkänning eller läkemedelsscreening, med vändningen att det kan hålla reaktionerna igång under en längre tid. Forskare säger att chipsen kan användas för att testa nya genetiska konstruktioner innan de sätts in i faktiska celler, som bakterier. Om jag snabbt kan prototypa dessa mönster utanför cellerna och sedan bara välja de bästa att lägga in i cellerna, kan det påskynda processen, säger Timothy Lu , en syntetisk biolog vid MIT.
Nästa steg, säger Bar-Ziv, är att skapa mer komplexa mönster och större nätverk. Han hoppas att så småningom kunna kontrollera hundratals olika gener i tusentals konstgjorda celler samtidigt, så att de kan kommunicera med och påverka varandra, inte helt olikt i en levande organism. Det är fortfarande en bit bort, medger han. Att gå från en transistor till miljarder hände inte på en dag, säger han.