اعتبار:
J. Stoughton/NIST
برای بیش از یک دهه، دانشمندان در رویای دیرینه ساخت یک سلول کامل از مولکول ها و مواد غیر زنده، پیشرفت های خارق العاده ای داشته اند.
چنین مصنوعی (یا “مهندسی شدهسلولها مانند سلولهای بدن ما رفتار میکنند، اگرچه محافظهای داخلی نیز دارند که ایمنی و اخلاق را تضمین میکند. با مطالعه آنها می توانیم درک خود را از قوانین زندگی تغییر دهیم. آنها همچنین می توانند برای دستکاری موجودات زنده و دستیابی به پیشرفت های شگفت انگیز در پزشکی و علم مورد استفاده قرار گیرند.
در سال 2010، موسسه J. Craig Venter اعلام کرد اولین “سلول باکتریایی مصنوعی و خودتکثیر شونده” را ایجاد کرده بود که حاوی ژنومی است که در خارج از سلول سنتز شده و سپس به آن پیوند زده شده است. سپس توانست طبق دستورالعمل کد DNA جدید خود تقسیم و تکثیر شود.
از آن زمان، محققان جاه طلب تر شدند و به دنبال سنتز سایر اجزای سلولی و ساخت یک سلول کامل از ابتدا بودند.
الیزابت آ، فیزیکدان NIST، گفت: «ما از همیشه به گذشته نزدیکتر هستیم. استریچالسکی. تلاش برای ایجاد یک سلول مصنوعی از ابتدا “قابلیتی است که اگر در آستانه ما نباشد، شاید در صندوق پست ما باشد.”
بسیاری از پیشرفتهای اخیر بر پیشرفتهای تکنولوژیکی است که سنتز رشتههای بلند DNA در آزمایشگاهها را آسانتر و ارزانتر کرده است. دانشمندان در سراسر جهان روشهای مبتکرانهای را برای تولید نسخههای اولیه غشاها، میتوکندریها و سایر اجزای سلولی کشف کردهاند. و با استفاده از تکنیکهای جدیدی که به آنها اجازه میدهد مقادیر کمی از مایع را دستکاری کنند، شروع به تحریک این بخشهای سلولی سنتز شده برای تعامل و ارتباط میکنند.
در NIST، گروه تحقیقاتی Strychalski به ایجاد اندازه گیری ها و استانداردهای اساسی برای پیشرفت بیشتر در زیست شناسی مهندسی (که زیست شناسی مصنوعی نیز نامیده می شود) کمک می کند.
NIST همچنین با مؤسسه J. Craig Venter در این زمینه همکاری می کند.سلول حداقل،یک سلول مصنوعی کنده شده. به جای چندین قطعه و اجزای مصنوعی، فقط ژنوم آن سنتز می شود. استریچالسکی گفت که سلول حداقل به محققان کمک می کند تا به “جام مقدس درک آنچه تک تک ژن ها در سلول انسانی انجام می دهند” دست یابند.
وبلاگ Takeing Measure با او در مورد کارش و مقاله اخیری که او در آن مشارکت داشت صحبت کرد زیست شناسی مصنوعی ACS که وضعیت تحقیقات در زمینه خود را بررسی می کند.
بیایید با اساسی ترین سوال شروع کنیم. چگونه متوجه می شویم که یک سلول مصنوعی از ابتدا ساخته ایم؟
احتمالاً دارای برخی ویژگیهای مهم مانند توانایی تکثیر، متابولیسم و نوعی سازماندهی داخلی یا تقسیمبندی خواهد بود. برخی از خواص زمانی که شروع به جمع آوری اجزای یک سلول می کنید ظاهر می شوند، مانند توانایی پاسخ به نوعی محرک در محیط اطراف و توانایی حرکت.
حال، آیا ما نیاز داریم که سلول مصنوعی ما همه یا فقط برخی از این خواص را داشته باشد؟ این هنوز یک سوال باز است و به کاربرد آن بستگی دارد. اما مطمئناً، همه اینها ویژگی های یک سلول مصنوعی است که از ابتدا ساخته شده است که ما در نهایت می خواهیم آنها را با هم ترکیب کنیم.
چگونه می توان از چنین سلول های مصنوعی برای درمان بیماری استفاده کرد؟
بسیاری از مواردی که باعث بیمار شدن افراد می شود را می توان در سلول هایی که به درستی کار نمی کنند ردیابی کرد.
بنابراین، فرض کنید سلولها بهعنوان یک کپسول گرفته میشوند، و ما آنها را مهندسی کردهایم تا تشخیص دهند که چه زمانی وضعیت بیماری خاصی وجود دارد. ممکن است برخی از باکتری های مضر شما را مسموم کنند یا بدن شما توانایی ساخت پروتئین خاصی را از دست داده باشد.
سلولهای مصنوعی میتوانند با از بین بردن باکتریهای مضر یا کمک به بدن در ساخت تمام مولکولهایی که قرار است بسازد، این مشکل را برطرف کنند تا به آن بیماری مبتلا نشوید.
شما در مقاله ژورنال خود در مورد نقش سلول های مصنوعی در اکتشاف فضا می نویسید.
یکی از چیزهای هیجان انگیز در مورد ساخت سلول های مصنوعی این است که ما باید به فکر ساخت سلول های مصنوعی یا سیستم های سلول مانندی باشیم که می توانند بسیار بهتر با یک محیط فضایی سازگار شوند، چه در یک سفینه فضایی یا روی سطح سیاره دیگری.
همچنین فرصت بسیار زیادی برای استفاده از سلول ها به عنوان کارخانه برای ساخت محصولات، دارو، مصالح ساختمانی، غذا یا هر چیزی که ممکن است در این تنظیمات با منابع محدود نیاز داشته باشید، وجود دارد. و آنچه در مورد سلول های مصنوعی خوب است این است که شما مجبور نیستید سطح زمین را با تعداد زیادی از آنها ترک کنید تا آنها را در فضا رشد دهید، جایی که ممکن است تعداد زیادی از آنها را بخواهید.
اعتبار:
Meet/Shutterstock
آیا میتوانیم سلولهای طراح یا سیستمهای سلول مانندی را سنتز کنیم که تنوع بیولوژیکی را فراتر از آنچه در حال حاضر در طبیعت وجود دارد، کشف کنیم؟
می دانید، ما سلول ها را همانطور که روی زمین تکامل یافته اند مطالعه می کنیم. ما نمی دانیم چه مقدار از آنچه اکنون می بینیم به این دلیل بود که باید به این صورت اتفاق می افتاد و به شکل دیگری نمی توانست اتفاق بیفتد.
چگونه می توانیم به آزمایشگاه برویم، ساعت را به عقب برگردانیم و به احتمالات دیگر نگاه کنیم؟
به عنوان مثال، اسیدهای نوکلئیک در DNA از چهار باز – آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G) و سیتوزین (C) ساخته میشوند. میتوان پایههای اضافی را در آزمایشگاه ساخت که در طبیعت نمییابیم که بههمین اندازه کار کنند.
چگونه می توانیم اخلاق و ایمنی را تضمین کنیم؟
این ضروری است که همه در مورد چگونگی توسعه این فناوریها، نحوه استفاده از آنها و دسترسی به آنها نظر داشته باشند.
ما اکنون این فرصت را داریم که به جای نگاه کردن به گذشته و تلاش برای بازگرداندن ایمنی، در ایمنی ایجاد کنیم. بنابراین، من طرفدار بزرگ شروع با یک طرز فکر ایمنی هستم.
به عنوان مثال، چگونه اطمینان حاصل کنیم که سلول های مصنوعی نمی توانند خارج از جایی که ما می خواهیم رشد کنند؟ آیا می توانیم “سوئیچ های کشتن” را در داخل سلول های مصنوعی بسازیم؟ هنگامی که آنها از بدن شما خارج می شوند، ممکن است تفاوت دما را احساس کنند و باعث واکنش استرس در سلول ها شود که باعث مرگ آنها می شود.
چیز دیگری که ما به آن نیاز داریم، اقدامات غربالگری قوی است تا اطمینان حاصل شود افرادی که قطعه های مصنوعی کد DNA یا سلول های مصنوعی را سفارش می دهند، مواردی را که می تواند مضر باشد سفارش نمی دهند.
در مورد نقش NIST در همه اینها به ما بگویید.
من دوست دارم از منظر کنترل به ساخت سلول های مصنوعی فکر کنم. محققان در تلاشند تا عملکرد این سیستم ها را کنترل کرده و با خیال راحت انجام دهند.
برای داشتن این نوع کنترل، باید آنچه را که سیستم از نظر کمی انجام می دهد با اطمینان اندازه گیری کنیم. چگونه می خواهیم بدانیم که به عملکرد مورد نظر خود رسیده است؟
و ما به روش هایی فکر می کنیم که این سلول های مصنوعی می توانند اندازه گیری را انجام دهند. این در مورد ساخت مدارهای بیومولکولی برای انجام اندازه گیری ها و حتی انجام محاسبات در داخل سیستم های زنده است.
انگیزه شما در تحقیق چیست؟
ما در حال حاضر در انقلاب بیوتکنولوژیک هستیم. ما مشکلات واقعی داریم که باید به عنوان یک جامعه با آنها روبرو شویم و به بیوتکنولوژی نیاز داریم تا به ما در حل این مشکلات کمک کند.
در مورد کشف نیز هست. وقتی بفهمیم که چگونه سلول های مصنوعی را از ابتدا بسازیم، بهتر می توانیم بفهمیم که انسان بودن به چه معناست.
Source link