שימוש בביולוגיה סינתטית כדי ליצור גנטיקה חדשנית

ביולוגיה סינתטית מייצגת התכנסות של עקרונות הנדסיים עם ביולוגיה מולקולרית, המאפשרת למדענים לעצב מחדש אורגניזמים על ידי שילוב של חלקים גנטיים סטנדרטיים סטנדרטיים. משמעת זו נעה מעבר לשינויים גנטיים מסורתיים על ידי יישום גישה מודולרית, היררכית במערכות ביולוגיות.אחד התוצאות המבטיחות ביותר של ביולוגיה סינתטית הוא יצירתם של גנטיקה חדשנית, מערכות זיהוי ביולוגיות רגישות, ספציפיות מאוד, וניתן למהנדסים כמעט לטווח בלתי מוגבל של אמצעים אלה של חומרים קונבנציונאליים, אשר הם למעשה, אשר הם בעלי יכולת בקרה קונבנציונאליים, קונבנציונאליים, קונבנציונאליים, קונבנציונאליים, קונבנציונאליים, אשר הם למעשה, אשר הם בעלי יכולת בקרה קונבנציונאלית, קונבנציונאלית, קונבנציונאלית, קונבנציונאלית, ואנטית, קונבנציונאלית, קונבנציונאלית, אשר הם למעשה, אשר הם למעשה, אשר הם בעלי יכולת ניטור סביבתית, קונבנציונאלית, אשר הם למעשה, אשר הם בעלי יכולת ניטור קוסמטית, קונבנציונאלית, אשר הם למעשה, אשר הם למעשה, אשר הם למעשה, אשר הם למעשה, אשר הם בעלי יכולת בקרה קונבנציונאלית, קונבנציונאלית, אשר הם למעשה,

הבנת ביולוגיה סינתטית וביוסנסורים

בליבתו, ביולוגיה סינתטית שואפת להפוך את הביולוגיה לקלה יותר למהנדס.זה עושה זאת על ידי מופשטת מורכבות ביולוגית לחלקים, מכשירים ומערכות שניתן לתכנן ולקבץ לפי הכללים הסטנדרטיים. A ביוסנסטור, באופן מסורתי, הוא מכשיר אנליטי המשתמש בגורם הכרה ביולוגית - לעתים קרובות אנזים, נוגדנים, נוגדנים, חומצה עצבית או תא שלם - בקשר הדוק עם טרנסדוקטרינר סינתטי שממיר אותות ביולוגיים לתוך תא מודע כגון: "שילוב של תאים עצביים" או "מסוגים" (optative) של תאים עצביים," (optative) או תאים עצביים, או תאים עצביים, או תאים עצביים," (Ric) או תאים מקודדים, או תאים מקודדים, או תאים מקודדים, או תאים עצביים, או תאים מקודדים, או תאים עצביים, או תאים מוטציות, או תאים עצביים, או תאים עצביים, או תאים עצביים, או תאים עצביים, או תאים עצביים, או תאים עצביים, או תאים מוטציות, או תאים מוטציות, או תאים מוטציות, או תאים מקודדים, או תאים מוטציות, או תאים מוטציות, או תאים מוטציות, או תאים מוטציות, או תאים מוטציות,

ביוסנסורים שנבנו על ידי ביולוגיה סינתטית יכולים לפעול בתוך תאים חיים, בדוגמיות סביבתיות, או אפילו על העור.הנדסה של מעגלים גנטיים - רשתות של גנים אינטראקציה מוסדרים על ידי מקדם, מדכאים, ו-riboswitches - מספק את הלוגיקה הבסיסית השולטת על התנהגות חיישן.

התפקיד של ביולוגיה סינתטית בחדשנות ביוסנסורית

ביוסנסרים מסורתיים מסתמכים לעתים קרובות על חלבונים המחייבים באופן טבעי או אנזימים, אשר מגבילים את הייחודיות שלהם ואת טווח דינמי. ביולוגיה סינתטית להתגבר על מגבלות אלה על ידי כך המאפשרת עיצוב מחדש רציונלי של רכיבים ביולוגיים. אלמנטים הכרה חדשים לגמרי יכול להיווצר על ידי דומיינים fusing או מלוטשים, וניתן לנסח את אותות הפחתת אותות ניתן לחדור לזיהוי עם תפוקות מגוונות.

הנדסה גנטית מעגלים עם Synthetic Advanceers

בלוק בניין בסיסי הוא מקדם סינתטי - רצפי DNA המונדסים לשלוט ביטוי גנים בתגובה קלט מסוים.על ידי ספריות של מקדם סינתטי עם נקודות חוזק שונות ורגישויות ligand, החוקרים יכולים לבנות חיישנים להגיב מתכות כבדות, אנטיביוטיקה, quorum-sensing מולקולות, או אפילו pH וטמפרטורות.

תכונות זיהוי: מחלבון ל-RNA

מעבר להכרה מבוססת חלבון קונבנציונלית, ביולוגיה סינתטית מנצלת מכשירים מבוססי RNA הנקראים riboswitches ו-Aptazymes. Riboswitches הם רצף RNA גבוה אשר מתקפלים במבנים ספציפיים על מנת לגרור מטאבוליט, ובכך לשלוט בתרגומים או בתעתיקה מסוימת (Synthetic riboswitchs) ניתן כבר מהנדס כדי לזהות כל מולקולה קטנה, המציע פלטפורמה מגוונת עבור ספקטרום של מערכות אלקטרו-דלקתיות (דלקתיות) באופן דומה לשימוש csy) עבור תאים נזיקין (Credicial) כאשר הם עוברים קרינת תאים).

אותות Amplification ו-Logical Processing

אחד האתגרים העיקריים הוא להשיג גבולות נמוכים באופן בלתי מזוהה של זיהוי.ביולוגיה סינתטית מטפל בזה על ידי שילוב של מודולים amplification ישירות לתוך המעגל הגנטי.לדוגמה, חיישן המפעיל recombinase יכול להפוך מתג DNA, המוביל לביטוי קבוע שער אפילו לאחר חשיפה transientology .TRNA פוליאז ארקייד יכול להגביר אירוע חלש מחייב לאלפים של מולקולות מקוצרות (RECT) כגון חשיפה אנטי-RECT של 2.

יתרונות מרכזיים של biosensors מבוססות ביולוגיה סינתטית

תכונות בלתי צפויות באמצעות הנדסת חלבון

על ידי שילוב מודלים חישוביים עם האבולוציה מכוונת, ביולוגים סינתטיים יכולים ליצור חלבונים מחייבים עם כמעט כל ספציפי הרצוי.לדוגמה, הכיס המחייב של גורם חיידקי יכול להיות משוחזר להכיר רצועה לא טבעית, כגון שאריות נפץ או תרופה חדשה. גישה זו מבטלת את פעילות הצלב לראות עם נוגדנים רבים ואנזימים טבעיים.

סקלאלה ועלויות ניכוי

לאחר הביוסנסטור סינתטי תוכנן ומאומת, ניתן לייצר בכמויות בלתי מוגבלות על ידי תסיסה מיקרוביאלית פשוטה.העלות לניסוי יכולה לרדת מתחת לאחוז אחד, מה שהופך את החיישנים האלה להגדרה מוגבלת משאבים.בניגוד לחיישנים קונבנציונליים הדורשים התחדשות יקרה, נוגדנים מטוהרים, או כלי מורכב, ביוסנסורים סינתטיים רבים בתפקודים בתאים שלמים או קפואים של תאים סביבתיים, במיוחד עבור אזורים גמישים, הם עדיין פעילים למדי, כי הם עדיין נמצאים תחת לחץ דם חום גבוה.

יעילות ו Versatility ברחבי דומיינים

אותם עקרונות יסוד המשמשים לבניית חיישן עבור ארסן במים יכולים להיות מותאמים במהירות לזהות ביוסמן מחלה בדם או חומר חומרי הדברה שאריות מזון. כי החלקים הגנטיים סטנדרטיים (למשל, פורמט ביוביריק), הם יכולים להיות מתואמים, משולב, ומכוונן באמצעות טכניקות מולקולריות פשוטות, יעילות זו פירושה כי פיתוח חיישן יכול להמשיך בקצב סינתטי - לדוגמה, פורמט bioBrick יכול להיות משולב יותר, גם על ידי החלפת חומרים כימיים עמידים, אפילו RNA.

קיימות וגילוי יישומים

ניטור סביבתי: ארסאני, מתכת כבדה ומזהמים

אחת הדוגמאות המרשימות ביותר היא חיישן אורדי חיידקי שפותח על ידי צוותים ב-MIT ואוניברסיטת קיימברידג '. על ידי הצבת הגפפגן הגנים תחת שליטתו של מקדם ה-ArsR, אשר מושרה על ידי ions ארסן, תאים E. coli לייצר הפיכה ירוקה בהירה כאשר נחשף למים מזוהמים.זה יכול להבחין בין arsenite ו abrnate, לזהות ריכוזים נמוכים כמו קפסולת מים פשוטה (Sicols) ו-Samcreicated).

אבחון רפואי: גלוקוז, פתוגנים, סרטן Biomarkers

ביוסינזיס גלוקו הוא אולי היישום הידוע ביותר, אבל ביולוגיה סינתטית עברה הרבה מעבר אנזימים מערכות אלקטרו-אלקטרוניקה.מהנדסת ⁇ ed כי חיפוי אינסולין בתגובה גלוקוז הושתל בבעלי חיים, יצירת "דופן מתקדם" זיהוי מלאכותי של תאי סרטן (גם) עבור מחלות מדבקות ספציפיות, ביוסנסורים סינתטיים ללא תאים פותחו עבור וירוס, נגיף האבולה, ו- SARUSCUSD2 משמש לעתים קרובות דלקת מפרקים.

בטיחות מזון וחקלאות

חומרים מזינים במזון - ביוסנסורים ביולוגיים סינתטיים, חומרי הדברה, מתכות כבדות וחיידקים פתוגניים - הם דאגה גדולה לבריאות הציבור.ביוסנסטיים ביולוגיה סינתטית מציעים אלטרנטיבה מהירה, נמוכה בעלות נמוכה לשיטות סטנדרטיות זהב כמו HPLC ו- PCR. לדוגמה, חיישנים ללא תאים נועדו לזהות מתגשמים מסוימים ב- B1 אגוזים ודגנים, באמצעות phoriforis סינתטיים אשר מפעילים תאים חשופים, אשר הם גם הם יכולים לפתח תאים מדויקים.

מחקרים ב-Synthetic Biology Biosensors

Arsenic-Detecting Bacteria: ממעבדה לשדה

החיישן הארסן שפותח על ידי צוותי BIOFAB ו- IGEM כבר אישרה באופן נרחב.בבדיקות שדה בבנגלדש, שבו זיהום קרקעי מים ארסן משפיע על מיליונים, החיישן החיידקי זיהה כראוי בארות מזוהמות עם > 95% דיוק בהשוואה לספקטרום ספיגה אטומית של ספקטרום ספקטרום אטומי.החיישנים היה יציב במשך שבועות בגלולה פשוטה שיכולה להיות מכווצרית עם הדגימה של חומרים רעילים, כולל טיפול כימי אחר -2, כולל שיפורים של עבודה מזיקה מזיקה.

חיישן חינם ל-Zka virus

בשנת 2016, חוקרים ב-MIT והארוורד פיתחו חיישן מבוסס נייר ללא תאים עבור נגיף זיקה שהשתמשו במעגל גן סינתטי כדי לזהות RNA ויראלי.המערכת התבססה על מתג צמיגים riboregulator: בנוכחות Zika RNA, מתג שינתה התאמה וניתן תרגום של חלבון עיתונאי (Z, אשר מדביק תת-צבע סינתטי לתוך מוצר צהוב).

ביוסנסורים עם תאים חיים

לאחרונה, מהנדסים טבוע חיידקים הידרוג'ים גמישים או טקסטיל כדי ליצור כתמים חיים כי מולקולות חוש על העור.לדוגמה, תיקון המכיל תאים שמרים שהונדסו כדי לייצר פיגמנט דמוי מלנין בתגובה לקורטיזול (הורמון מתח) יכול לפקח על מתח סמנים ביולוגיים בזיעה.עיצוב אחר חיידקי משתמש spores כי ger ו לייצר ביו-luminescence כאשר חשופים לזיהומים אלה היו מסוגלים לשרוד, אך ורק כדי למנוע את הפצעים חיים, אך הם היומין, אך ורק כדי למנוע, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

כיוונים עתידיים ואתגרים

בעוד ביוסנסורים סינתטיים הוכיחו פוטנציאל יוצא דופן, כמה מהמכשולים נשארים לפני אימוץ נרחב של חיישני חיים בסביבות קשות, הסיכון למוטציות גנטיות לאורך זמן, ואישור רגולטורי לשימוש באבחון הם מכשולים משמעותיים.חוקרים מטפלים אלה על ידי פיתוח מערכות ללא תאים קפואים כי הם קפואים נשואים יציבים במשך חודשים, כמו גם מהנדסי auxotrophicccs כי לא יכול לשרוד מחוץ למעבדה, בנוסף תאים גנטיים שונים (מ"מ"מ"מ"מ"ל) כמו תאים ביולוגיים) ו-מתאים נורמטיביים (מתאים נורמטיביים) כמו תואמים (מתאים נורמטיביים) וקבועים) וקבועים (מתאים , כמו תקינים (מתאים תואמים) בין-מתאים שונים (מתאים תואמים) בין-מטופליאו-מטופליאו-מטופליאו-מתאים תואמים) בין-מתאים , כמו תואמים) בין-מתאים תואמים (מתאים , כמו גם על ידי תאים ביולוגיים).

אינטגרציה עם microfluidics ו סמארטפון קוראות היא מגמה גדולה. שבבים מיקרופלודיים יכולים לעבד דגימות, תאים תרבות, למדוד פלואורנס באופן אוטומטי, בעוד מצלמה סמארטפונים וערכת ניתוח צבע יכול לכמת את האות.שילוב זה דמוקרטיזציה אבחון, להביא רגישות ברמת מעבדה להגדרות מרוחקות ונמוכות של קוד.

במבט קדימה, אנו יכולים לצפות ביוסנסורים סינתטיים להיות פרוסים עבור רשתות ניטור סביבתי מתמשך (למשל, חיישן buoys בנהרות), ניטור בריאות vivo באמצעות חיישנים מושתלים, ואריזות חכמות המזהות מפונק בזמן אמת.ההתכנסות של ביולוגיה סינתטית עם ננוטכנולוגיה ואינטליגנציה מלאכותית עשויה לאפשר חיישנים מעצמיים, הסתגלות כי ללמוד ולפתח בתגובה לשינויים בתנאי שדה, כמו, מכיל בטיחותית, ומאובטחת, ומאובטחת, ומאובטחת, כדי להבטיח קבלת בטיחותית, ומאובטחת, ומאובטחת, ומאובטחת, ומאובטחת, ומאובטחת, כדי להבטיח טיפולית, כדי להבטיח טיפול בטיחותית, ומאובטחת, כדי להבטיח טיפול בטיחותית, ומאובטחת, ומאובטחת, ומאובטחת, ומאובטחת, , כדי להבטיח טיפול עצמי, להזדקק לתקנות, להזדקק לאסטרטגיות בטיחותית, ואבטחה יעילה, כדי להבטיח טיפול עצמי יכול לאפשר שיפור עצמי יכול לאפשר , , ואבטחה חברתית עשויה לאפשר שיפור עצמי, להזדקק לתקנות בטיחותית, ואבטחה ציבורית.

מסקנה

הביולוגיה הסינתטית העלתה ביוסנסציה מטכניקה אנליטית נישה לפלטפורמה רבת עוצמה, בעלת פוטנציאל בלתי מוגבל.על ידי טיפול בביולוגיה כמצע מודולרי, מהנדסים יכולים לעצב חיישנים שאינם רק ספציפיים ורגישים אך גם זול, דידקטי, והתאמה לאיומים מתעוררים.מזההת בארות כפריות כדי לאבחן זיהומים ויראליים אצל רופא, הם כבר חוסכים ביולוגיים מהירים יותר, והם כבר לא מסוגלים ליצור חיים ביולוגיים יעילים יותר.