211service.com
Et skridt mod kunstige celler, bygget af silicium
I et skridt mod sofistikerede kunstige celler har videnskabsmænd konstrueret en siliciumchip, der kan producere proteiner fra DNA, den mest basale funktion af livet.
Systemet, selvom det er relativt enkelt, foreslår en vej til at efterligne livet med delvist fremstillede komponenter, siger Roy Bar-Ziv , en materialeforsker ved Weizmann Institute of Science i Israel, som leder arbejdet.
Celler skaber konstant proteiner ud fra instruktioner kodet i DNA-sekvenser. Hvor meget af hvert protein, der laves, styres af andre gener, ofte i komplicerede feedback-loops. Bar-Ziv kalder sin celle-på-en-chip for et nyt system, der giver os mulighed for at undersøge, hvordan gener tændes og slukkes uden for den levende celle.
Chipsene blev skabt ved hjælp af en teknik, som Bar-Zivs laboratorium udviklede for flere år siden til at forankre DNA til silicium ved først at belægge overfladen med et lysaktiveret kemikalie. De brugte lysmønstre til at skabe pletter, hvor DNA binder sig og samles til tandbørstelignende bundter. Hver DNA-børste var begrænset til et lille, rundt rum. Disse rum blev forbundet af en smal kapillar 20 mikrometer bred til en større kanal, som førte en strøm af flydende ekstrakter fra bakterieceller - alle de ingredienser, der er nødvendige for at syntetisere proteiner fra DNA-børsterne.
Systemet, beskrevet i a Videnskab papir i august af Bar-Ziv sammen med hans elever Eyal Karzbrun og Alexandra Tayar, og Vincent Noireaux fra University of Minnesota, gjorde det muligt for forskerne at skabe et simpelt netværk af interagerende gener.
En simpel kunstig celle har cirkulære kamre ætset ind i silicium. Disse indeholder DNA og er forbundet med mikrofluidkanaler til et bad af cellulære enzymer.
Forskere kan allerede let syntetisere proteiner fra DNA i et reagensglas, men disse reaktioner svinder til sidst ud, efterhånden som proteiner akkumuleres, og syntesen aftager. Det har gjort det svært at skabe fungerende genetiske kredsløb - interagerende netværk af gener og proteiner - uden for celler. Bar-Ziv siger, at hans chip overvinder dette problem ved at skylle affaldsprodukter væk. Ved at ændre længden af kanalerne, der fører til hvert DNA-rum, var han også i stand til at kontrollere, hvor hurtigt de fremstillede proteiner diffunderede til andre områder af chippen, hvilket påvirkede andre reaktioner. Hvis man vil rekonstruere den dynamiske karakter af gener, der går op og ned, skal man have en mekanisme til at forringe det, man laver, siger Bar-Ziv.
Andre syntetiske biologer - såkaldt fordi de søger at skabe nye, konstruerede genetiske kredsløb - er også begyndt at installere deres DNA-programmer uden for levende ting, såsom på ark papir, med henblik på at skabe nye former for diagnostiske tests (se Syntetisk Biologer laver papirbaseret diagnostik for ebola).
Tilsvarende kan Bar-Zivs chip i sidste ende føre til anvendelser inden for diagnostik, miljømåling eller lægemiddelscreening, med det twist, at det kan holde reaktionerne i gang i længere tid. Forskere siger, at chipsene kan bruges til at teste nye genetiske konstruktioner, før de sættes ind i faktiske celler, som bakterier. Hvis jeg hurtigt kan prototype disse designs uden for celler og derefter bare vælge de bedste få til at sætte ind i cellerne, kan det fremskynde processen, siger Timothy Lu , en syntetisk biolog ved MIT.
Det næste skridt, siger Bar-Ziv, er at skabe mere komplekse mønstre og større netværk. Han håber til sidst at være i stand til at kontrollere hundredvis af forskellige gener i tusindvis af kunstige celler på én gang, så de kan kommunikere med og påvirke hinanden, ikke ulig i en levende organisme. Det er stadig et stykke vej, indrømmer han. At gå fra én transistor til milliarder skete ikke på en dag, siger han.