سیستم بدون سلول یک ابزار مهم در بهبود عملکرد سلول

سیستم‌های بدون سلول
0 ۰

ایجاد سیستم بدون سلول برای مطالعه بیان ژن

ژن‌های موجود در سلول‌های زنده توسط پروتئین‌هایی به نام فاکتو‌رهای رونویسی فعال یا غیر فعال می‌شوند. مکانیزم‌هایی که این پروتئین‌ها ژن‌های خاصی را فعال و دیگر ژن‌ها را غیرفعال می‌کنند، نقش اساسی در بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی ایفا می‌کنند. با این حال این مکانیز بسیار پیچیده است. دانشمندان سالهاست تلاش می‌کنند که اسرار این مکانیزم را درک کنند. دانشمندان معمولا بیان ژن را با وارد کردن توالی‌های DNA خاص به سلول‌ها و مشاهده واکنش سلول‌ها، مطالعه می‌کنند. اما این روش‌ پیچیده است و می‌تواند از یک آزمایش به بعد متفاوت باشد.
محققان به رهبری دکتر Sebastian Maerkl، یک روش کمی و قابل تکرار برای مطالعه و حتی پیش بینی بیان ژن را توسعه داده است. این روش از یک سیستم بدون سلول در ترکیب با یک دستگاه میکروفلوئیدیک با توان بالا استفاده می‌کنند. کار آنها به آنها اجازه ساخت یک دروازه منطق بیولوژیکی مصنوعی را داد که می‌تواند یک روز برای اصلاح عملکرد سلولی مورد استفاده قرار گیرد.

این مطالعه در مجله PNAS منتشر شد.

راه اندازی بیان ژن در خارج از سلول

دکتر Nadanai Laohakunakorn، یکی از همکاران مطالعه، درمورد چگونگی روش کار این سیستم می‌گوید: ابتدا مواد را از داخل سلول‌ها استخراج می‌کنیم. این سیستم بدون سلول شامل آنزیم‌ها و مواد شیمیایی است که سلول‌ها برای انجام فرایندهای بیولوژیکی طبیعی خود استفاده می‌کنند.

ما می‌توانیم بیان ژن را در خارج از سلول با خارج کردن عصاره سلولی دوباره راه اندازی کنیم. در عصاره سلولی سوخت را به صورت فسفات با انرژی بالا و اطلاعات را به فرم DNA خارج می‌کنیم.

از آنجا که این فرآیند دقیقا همان چیزی است که در سلول های زنده اتفاق می‌افتد، ما می‌توانیم از پلت فرم خود برای بررسی طیف وسیعی از پدیده‌های بیولوژیک بدون نیاز به تغییر سلول‌های زنده در هر زمان استفاده کنیم.

برای مطالعات کمی بیان ژن، دانشمندان هزاران واکنش سلولی را در یک تراشه میکروفلوئیدی بررسی کردند. یعنی دستگاهی که برای دستکاری مقادیر میکروسکوپی مایع استفاده می‌شود.

دکتر  Zoe Swank می‌گوید: ما توانستیم چندین سناریو مختلف را آزمایش کنیم و یک کتابخانه کمی از عوامل رونویسی مصنوعی ایجاد کنیم که به ما اجازه می‌دهد تاثیر یک پروتئین بر روی یک ژن را پیش بینی کنیم. روش ما می تواند برای ساخت سیستم‌های نسبتا پیچیده توسعه یابد.

مزایای سیستم بدون سلول

1. سیستم‌های بدون سلول می توانند سیستم‌های داخل سلول را تقلید کنند. با این وجود آنها بسیار ساده هستند و می‌تواند به صورت مدل ریاضی باشد. ین بدان معنی است که آنها می‌توانند به درک پدیده‌های پیچیده بیولوژیکی با شکستن آنها به قطعات ساده تر، کمک کنند .

2. سیستم های بدون سلول قوی هستند و پس از انجماد پایدار هستند که اجازه می‌دهد تا آنها را در مقیاس بزرگ تولید کند.همچنین در برنامه های کاربردی  تشخیص کم هزینه برای تولید بیولوژیک مانند واکسن استفاده می‌شود.

3.به دلیل اینکه آنها زنده نیستند، سیستم‌های بدون سلول می‌توانند برای تولید ترکیباتی که فراتر از محدوده روش‌های سنتی تولید زیست شناختی هستند، استفاده شود.

4.آنها در معرض خطر خود تکثیری یا آلودگی زیستی در خارج از محیط آزمایشگاه نیستند.

دروازه منطقی بیولوژیک

به عنوان بخشی از مطالعه خود، محققان تعدادی ژن از کتابخانه خود را برای ساخت یک دروازه منطقی بیولوژیک جمع آوری کردند. در الکترونیک یک دروازه منطقی ورودی سیگنال های الکترونیکی می‌گیرد و محاسبات را انجام می دهد و یک خروجی باینری صفر و یک تولید می‌کند.
به همین ترتیب دروازه منطقی بیولوژیک ورودی فاکتورهای رونویسی را می‌گیرد و یک خروجی باینری تولید می‌کند. ژن یا روشن(فعال) یا خاموش (سرکوب شده) می‌شود.

سیستم بدون سلول برای اهداف درمانی

دکتر Laohakunakorn می‌گوید: دروازه های منطقی متعددی در سلول های زنده وجود دارد که از آنها برای تنظیم عملکرد طبیعی بیولوژیک استفاده می‌کند. با ساخت دروازه‌های مصنوعی، توانایی معرفی عملکرد جدید در سلول‌‎ها برای اهداف درمانی به دست آوردیم.
سیستم بدون سلول اولین گام در این جهت است. کار آینده می‌تواند شامل بهینه سازی طراحی فاکتورهای رونویسی ما با استفاده از پلت فرم، قبل از اعمال آنها به طور مستقیم در یک برنامه بدون سلول یا بازگرداندن آنها به سلول‌های زنده باشد.

منبع:

yon.ir/XQ2ct

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.