OSM, mikrogravitede kullanılmak üzere tasarlanmış oligonükleotid synthesizer’sini gösterir, bu da alanda keyfi DNA iplikçikleri (orta derecede orta uzunlukta) yapan bir cihazdır. Şaşırtıcı Eh? Stanford Öğrenci Uzay Girişimi’nin bir parçası olarak, son sekiz aydır bu proje üzerinde çalışıyorum ve ne yaptığımızı, ne yaptığımız şeyi paylaşmak istiyorum ve Nereye gidiyoruz.
Neden boşluk? Her şeyden önce, boşluk havalıdır. Fakat daha ciddi bir şekilde, alandaki keyfi DNA’ya erişim, bir alanın bolluğundaki araştırmaları hızlandırabilir ve bakterileri maddenin ürettiği (bir Marslı kolonide), ölüm ve hayat kurtarıcı bir atış arasındaki fark anlamına gelebilir. Kısacası, tam DNA’yı elden önce araştırma veya pratik kullanım için ihtiyaç duyabileceklerinin tahmin edilmesi zor.
İlk olarak, HACKADAY Biyoloji Terminolojisi’nde biraz ışık olma eğiliminde olduğu için, iletişim yöntemlerini yağlamak için yoldan biraz kelime almamız gerekiyor. Doktora varsa. Sentetik biyolojide, bu bölümü atlamak isteyebilirsiniz. Aksi takdirde, beyninizi daha büyük yapacak beş hızlı terim, bu yüzden benimle kal!
Deoksiribonükleik asit (DNA)
DNA bu projenin odağı olduğundan, devam etmeden önce birinin DNA’yı anlamasıdır. Ancak, en çok lise biyolojisi kurslarında DNA’yı gördüğü için kısa ve basit tutacağım.
İlk olarak, DNA, nükleotitlerden oluşan bir polimerdir. Nükleotitler, DNA’nın yapı taşlarıdır ve dört nükleobaz – sitozin (C), guanin (g), adenin (A) veya timin (T) – deoksiriboz adı verilen bir şeker ve bir fosfat grubundan birinden oluşur. Farklı nükleotitler, farklı bir DNA’nın farklı bir teline karşılık gelen nükleotitlere (a ila t; c ila g) için birbirine bağlayabilir. DNA’nın bir iplikçikindeki bazlar, başka bir tel üzerindeki bazların tamamlayıcıları ise, iki polimer çift sarmallı DNA’yı bağlayabilir ve oluşturabilir. Ve bir kez daha not: DNA’nın iki farklı ucuna sahip: üç asal (3 ‘) ucu ve beş asal uç (5’).
Oligonükleotit (Ah-li-go-new-klee-o-tide)
Oligonükleotitler kısa DNA veya RNA molekülleridir ve genel araştırma, genetik test ve biyomühendislikte süper faydalıdır. Bir oligoun uzunluğu (oligonükleotit için kısa) genellikle 30 bazlı bir oligo durumunda 30-Mer veya D30 olarak gösterilir. Bir DNA’nın bir telini ne kadar kısa bir Oligo olarak kabul edilmelidir? Peki, döndüğümüzde … DNA sentezinde çok iyi olmadığını söyleyelim, oligonükleotitler 2-50 aralığında sıkıca yapıldı. Bununla birlikte, fosforamiditin (inorganik bir DNA sentezi yöntemi) ortaya çıkmasıyla oligonükleotitler, 2-1000 + baz arasında değişebilir.
Homopolimer
Bir oligonükleotit, sadece bir tür bazdan (örneğin AGTCTG’nin aksine AAAAAA) bir homopolimer denir.
Terminal deoxynucleotidil transferaz (TDT)
Genel olarak TDT’ye kısaltılan terminal deoksinükleotidil transferaz, belirli koşullar karşılandığında, bir DNA telinin 3 ‘ucuna keyfi nükleotitler ekleyebilen bir polimeraz benzeri enzimdir. TDT dört nükleotidi ekleyebilir ancak guanin (g) ve sitozin (C) tercihini gösterir. TDT, doğal olarak, DNA’mızın 3 ‘(üç asal) ucuna bazlar ekleyerek bağışıklık sistemlerimiz için genetik çeşitlendirme yaptığında doğal olarak, doğal olarak bulunabilir.
Sybr yeşil ben
SYBR (Siber gibi telaffuz edilir), mavi ışığı emen ve yeşil ışık yayan bir DNA boya kompleksi oluşturan DNA’ya bağlanan bir moleküldür. Ayrıca, Sybr, tercihen çift sarmallı DNA’ya bağlanır, ancak tek sarmallı DNA’yı daha az ölçüde bağlar.
Uzayda DNA yapma hedefleri
Artık aynı dili konuştuğumuzda, boşlukta yer alan keyfi DNA yapma amacına başka bir bakalım. Bu tam olarak ne anlama geliyor ve neden yer? Tamam, bu kelimeyi kelimeye göre alalım:
Keyfi: Sürecimiz basitçe DNA’nın kopyalarını (PCR gibi) yapmamalı, bunun yerine bir bilgisayara yazabileceği (örn. AGCTATC) herhangi bir sıra oluşturmalıdır (ve fiziksel olarak var olabilir).
DNA: Sanırım bu bir tane aldım
Uzayda: Açık anlam: Son cihazımızın her türlü fiziksel ve kimyasal kısıtlamayı uygulayan uzayda çalışmasını istiyoruz.
Enzimatik olarak: Tehlikeli ve kaynak yoğun fosforamidit yöntemi yerine enzimler kullanılarak yeni bir DNA sentezi yöntemi kullanmak istiyoruz.
Mikrogravitedeki özel DNA üretme yeteneğinin eklenmesi, dünyadan uzakta hayatta kalma kabiliyetimizde öne çıkan önemli bir sıçrama anlamına gelebilir. OSM, diğer gezegenlerin üzerinde ve çevresindeki hayatı desteklediğimizde yeni ortamlarda karşılaşacağımız, bir BioHacker’ın Toolkit olarak hizmet vermektedir.
Özetle, yeni bir enzim tabanlı yönteme sahip alanın zorlu ortamında tanımlanabilir oligonükleotitler oluşturmak istiyoruz. Hedeflerinizi yüksek ayarlayın, değil mi?
Minimal Verilebilir Ürün (MVP)
Tamam, belki o kadar yüksek değil. En azından başlangıçta değil. Hepsinde ya da hiçbir şeye atlamak yerine, yinelemeli bir yaklaşım yapmayı seçtik. Şimdi, “minimal uygun bir ürün” başlatmak için çalışıyoruz.Birkaç neden:
Şimdiye kadar çalışmalarımızı doğrulamak için
Uzay hazır tasarımı ile rahat olmak
Gerçek alan verilerini almak için
Gelecek lansmanları için güvenilirlik kazanmak
MVP işlemi
Bu, minimal olarak uygulanabilir bir ürün olduğundan, genel hedefimizden küçük bir ısırık alıyoruz. Bu nedenle, MVP’miz, tamamen keyfi DNA oluşturmak yerine, mevcut bir oligoun ucundaki bir homopolimeri sentezleyecektir. Sırası üzerinde tam kontrolümüz olmayacağız (hepsi iyi vakit geçirmemiz), ancak bazı işlerimizin kavramının bir kanıtı göstereceğiz.
İlk önce, çözümde Homopolymer adenin (A) DNA telleri ile başlayacağız. Uzayda bir kez, sıcaklığı yükseltip TDT’nin timin (t) tellerine eklemesine izin vereceğiz.
Thymin (t) ve Adenin (A) tamamlayıcı olduğundan, tek sarmallı DNA, çift sarmallı DNA oluşturmalıdır.
O zaman, deneyimizin çalışıp çalışmadığını belirlemek için çözümde çift sarmallı DNA olup olmadığını keşfetmek için Sybr Green I kullanacağız. Bu, SYBR, tercihen çift sarmallı DNA’ya ve yalnızca DNA’ya bağlanırsa flüoresanlara bağlandığı için çalışır. Bu doğrulama adımı inanılmaz derecede önemlidir, çünkü insansız olacağız ve doğrulama olmadan bilim gerçekten bilim değildir.
Ek olarak, saç tokası DNA veya daha resmi olarak, kök döngü intramoleküler baz eşleştirme, bu tasarımla olası bir konu olarak ortaya çıkan bir şeydir. DNA kendisine bağlanırsa, diğer tellerle bağlanamaz. Bir sorun gibi geliyor, değil mi? Ancak yakından bakın: DNA kendisine bağlanırsa. “Uygun” çift sarmallı DNA’dan ziyade saç tokaları oluştursak bile, hala tespit edebileceğimiz çift sarmallı DNA’ya sahip olacağız.
İnceleme olarak, amacı Sybr Yeşil I ile genetik çeşitlendirme olan bir enzim kullanıyoruz, uzayda DNA’yı sentezlemek için elektroforezde kullanılan jellerin boyanması için yaygın olarak kullanılan bir molekül.
Şimdi, bu sesler pratikte basit olsa da, sentetik biyoloji her zaman basit geliyor. Ancak, biyoloji deneyimimde hiçbir şey basit değildir. Her türlü veri gereklidir, böylece cihazımızın çalışacağı konusunda kendimize güvenebilirsiniz. Şimdiye kadar yaptığımız şey:
Firkete canlılık verileri
Homopolimerleri TDT ile birlikte, tüm nükleotitlerle etkili ve güvenilir bir şekilde sentezleyebileceğimizi onayladı.
Reaktiflerimizin uzun vadeli uyumluluğu belirlenmiş (2+ ay boyunca birlikte oturabilirler)
SYBR Yeşil I’in Keşfedilen Sıcaklık Bağımlılığı I
SYBR Green I ile tek telli ve çift sarmallı DNA arasındaki farkı keşfetebileceğimiz seviyeleri belirledi.
MVP tasarımı
İlk Konsept Tasarım Görselleştirme (Tam Animasyon 22MB için tıklayınız)
Uzayda enzimler ile çalışmak zordur. TDT özel olarak kontrol edilen sıcaklıklar, tampon çözeltileri ve metal olmayan bir konteyner gerektirir, hepsi bir aydan fazla uzayda kalmıştır. Ayrıca, gemide bir doğrulama sistemine ihtiyacımız var, bu da kırılgan filtrelere ve numunelerimize görsel erişime ihtiyacımız olacak.
İlk tasarımımız, peltier modülleri tarafından ısıtılan bir alüminyum ısı ekolayzırıyla çevrili 50μL PDM’ler (net bir biyo-güvenli silikon bazlı organik polimer) reaksiyon odası bulunur. Peltier modülleri şu anda, lansman koşullarımızın ne olabileceğini bilmiyoruz gibi, daha fazla uygulama daha özel bir şeyden ziyade, sıcak bir soğutucudan / jenerik bir soğutucudan transfer / emer. Ayrıca, bir fotodiyot, filtre ve LED, pdms reaksiyon odasına sarılır ve floresan testlerinin deneysel başarıyı doğrulamasını sağlar.
MVP’nin ötesinde
MVP’miz nihai hedefimize sadece basamak bir taş olduğundan, her türlü başka şey üzerinde çalışıyoruz. Örneğin, uzayda yaygın olarak kullanılan geleneksel mikroakışkan cihazlar için dielektrik cihazda (doğru bakınız) üzerinde bir elektrowasyonda çalışıyoruz.
μwet, çünkü küçük ve ıslak
Ayrıca manyetik boncuklar üzerinde pirozquencing ve sentezi de araştırdık. Ek olarak, DNA’dan bu kadar konuşuruz ki, konuşmayı kolaylaştırmak için çıplak kemikler DNA görselleştirme yazılımı yaptık. (Bu makaledeki DNA resimleri bu yazılım tarafından üretildi.)
Ancak, geldiğimiz kadarıyla, tasarımımızı hala kızarıyoruz ve sahip olabileceğiniz herhangi bir fikri severiz. Özellikle, 1mil asgari iz aralığı olan PCB üreticilerini bulma konusunda sorun yaşıyoruz. Bu konularda ipuçları, tavsiye ve sağlıklı konuşma, hepsi aşağıdaki yorumlarda memnuniyetle karşılanır.