Δημοφιλείς Αναρτήσεις

Επιλογή Συντάκτη - 2019

Η αυτόνομη γονιδιακή ανίχνευση γονιδίων έκφρασης θα συμβάλει στην ιατρική περίθαλψη

Anonim

Η έκφραση γονιδίων είναι θεμελιώδης της ζωής, όπου κάθε κύτταρο ενεργοποιεί και απενεργοποιεί συγκεκριμένα γονίδια. Έτσι, μια αυτόνομη συσκευή που θα μπορούσε να ελέγξει την εναλλαγή on-off θα είχε μεγάλη αξία στην ιατρική περίθαλψη.

διαφήμιση


Τα συνθετικά γενετικά κυκλώματα είναι μια τεχνολογία για τον έλεγχο της γονιδιακής έκφρασης και τα προγράμματα των κυττάρων για την εκτέλεση των επιθυμητών λειτουργιών. Επομένως, η αύξηση της πολυπλοκότητας του γενετικού κυκλώματος θα μας επιτρέψει να ελέγξουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια τις μοίρες των κυττάρων.

Ωστόσο, η πολυπλοκότητα των γενετικών κυκλωμάτων παραμένει χαμηλή. Αυτό συμβαίνει επειδή στα συμβατικά συστήματα διάχυσης αντίδρασης, τα ένζυμα και τα υποστρώματα παρέχονται ξεχωριστά και η μη ειδική σύνδεση των ενζύμων με τα υποστρώματα προκαλεί ακούσια διασταύρωση μεταξύ των διαφόρων κυκλωμάτων.

Οι ερευνητές υπό την ηγεσία του πανεπιστημίου της Οζάκα, σε ένα κοινό ερευνητικό πρόγραμμα με το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, το Πανεπιστήμιο του Κιότο και το Πανεπιστήμιο Waseda, κατασκευάζουν ενσωματωμένα γονιδιακά λογικά τσιπ που ονομάζονται "nanochips γονιδίων". Χρησιμοποιώντας ενσωματωμένους παράγοντες στα νανοχίμπη, αυτά τα αυτόνομα nanochips μπορούν να αλλάξουν και να απενεργοποιήσουν τα γονίδια μέσα σε ένα ενιαίο τσιπ, αποτρέποντας την ακούσια αλληλοσυγκρουσία.

Οι ερευνητές έδειξαν τις αυτόνομες απαντήσεις των nanochips σε τεχνητά κύτταρα: περιβαλλοντική ανίχνευση, υπολογισμό πληροφοριών και παραγωγή προϊόντος στο επίπεδο ενός τσιπ. Τα ερευνητικά τους αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στη Φύση Νανοτεχνολογία .

Η νανοτεχνολογία DNA είναι μια ευέλικτη μέθοδος που χρησιμοποιείται για την κατασκευή προσαρμοσμένων δομών και για τον έλεγχο ακριβών μοριακών διατάξεων. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα ορθογώνιο φύλλο (πλάτος 90 nm, βάθος 60 nm, ύψος 2 nm) και ενσωματωμένο ένζυμο, RNA πολυμεράση (RNAP, ένα ένζυμο που συνθέτει RNA από ένα πρότυπο DNA) και πολλαπλά υποστρώματα γονιδίου στόχου.

Η ικανότητα νανοτεχνολογίας της νανοτεχνολογίας του DNA επιτρέπει στον ερευνητή να σχεδιάζει ορθολογικά επίπεδα γονιδιακής έκφρασης μεταβάλλοντας τις διαμοριακές αποστάσεις μεταξύ του ενζύμου και των γονιδίων στόχων, επηρεάζοντας έτσι την αποτελεσματικότητα σύγκρουσης και την επακόλουθη αντίδραση.

Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν περαιτέρω αισθητήρες. Στην ιδανική περίπτωση, ένας αισθητήρας που είναι ικανός να ανιχνεύει οποιοδήποτε τύπο σήματος θα πρέπει να έχει ελάχιστους περιορισμούς σχεδιασμού. Ωστόσο, οι συμβατικές μέθοδοι έχουν υποστεί αρκετούς περιορισμούς (π.χ. υλικά). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, στα συμβατικά γενετικά κυκλώματα, ο αισθητήρας είναι μέρος του υποστρώματος του ενζύμου (π.χ., DNA σε μεταγραφή · βλέπε Σημείωση για λεπτομέρειες).

Αντιστρόφως, σε αυτή τη μελέτη, το τμήμα αισθητήρα ήταν ανεξάρτητο από την ενζυματική αντίδραση. Έτσι, οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν οποιαδήποτε αισθητήρια υλικά που αλλάζουν την αποτελεσματική διαμοριακή απόσταση στην αναγνώριση σήματος, επιτρέποντας την κατασκευή διαφόρων αισθητήρων που ανταποκρίνονται σε διακριτά σήματα (microRNAs, χημικές ενώσεις, πρωτεΐνες και φως). Επιπλέον, συνδυάζοντας και ενσωματώνοντας αισθητήρες που ανταποκρίνονται σε ξεχωριστά σήματα, οι ερευνητές κατάφεραν να φωτοπρογραμματιστούν τα γενετικά κυκλώματα.

Τέλος, το nanochip επέτρεψε στους ερευνητές να απλοποιήσουν την κατασκευή ενός γενετικού κυκλώματος που ανταποκρίθηκε σε ένα τεχνητό κύτταρο, ένα σταγονίδιο νερού σε λάδι και μπορούσαν να υπολογίσουν το προφίλ του miRNA, απλά αναμειγνύοντας τα ορθογώνια τσιπ, επεκτείνοντας τη δύναμη του γενετικό κύκλωμα.

Ο αντίστοιχος συγγραφέας Hisashi Tadakuma λέει: «Όλοι οι παράγοντες που είναι απαραίτητοι για τις αντιδράσεις μεταγραφής είναι σε αυτό το ολοκληρωμένο nanochip, έτσι ώστε η περιβαλλοντική ανίχνευση, ο υπολογισμός της πληροφορίας και η παραγωγή του προϊόντος να ολοκληρωθούν στο επίπεδο ενός τσιπ. διατηρώντας το κύτταρο σε υγιή κατάσταση μέσω του ελέγχου της γονιδιακής έκφρασης χωρικά και χρονικά, που θα ενσωματώνει το ιδανικό της λέξης «η πρόληψη είναι η καλύτερη θεραπεία».

διαφήμιση



Ιστορία Πηγή:

Τα υλικά που παρέχει το πανεπιστήμιο της Οσάκα . Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.


Βιβλιογραφία :

  1. Τζέια Μασουτσόι, Τασούσι Ιγκούμα, Τζουί Χιούν, Τσουτσούκι Σεγκούγκι, Χάο Τσι, Ρυοσούκε Ιίνουμα, Γιούγια Μιγιαζόνο, Τσουάτσι Σοτζί, Τάκασι Φουντάσου, Χιροσί Σγουγιάμα, Γιόσι Χάραντα, Τκακούγια Ουέδα, Χισάσι Ταντακούμα. Κατασκευή ολοκληρωμένου γονιδιακού λογικού-τσιπ . Φύση Νανοτεχνολογία, 2018; DOI: 10.1038 / s41565-018-0202-3