Bu məqalə Science X-in redaksiya prosesinə və siyasətlərinə uyğun olaraq nəzərdən keçirilmişdir. Redaktorlar məzmunun etibarlılığını təmin edərkən aşağıdakı atributları vurğuladılar: Alimlər dərman və davamlı kimyəvi maddələrin istehsalından tutmuş xəstəliklərin aşkarlanmasına qədər faydalı vəzifələri yerinə yetirmək üçün canlı hüceyrələri mühəndisləşdirə bilərlər. Ənənəvi mühəndis sistemlərindən fərqli olaraq, canlı hüceyrələr böyüdükcə daim dəyişir və onların davranışlarını proqnozlaşdırmaq və idarə etmək çətinləşir.
Texas A&M Universitetinin Artie McFerrin Kimya Mühəndisliyi Departamentinin dosenti Chelsea Hu, tədqiqatçılara bu dinamik bioloji sistemləri daha yaxşı başa düşməyə və idarə etməyə kömək edən yeni alətlər hazırlayır. Mühəndis hüceyrələr - gen redaktəsindən keçmiş hüceyrələr böyüyüb bölündükdə, təbii olaraq funksiyalarını dəyişirlər. Bu dəyişikliklərə görə, eyni xarici siqnal zamanla fərqli bioloji reaksiyalar yarada bilər ki, bu da alimlərin ardıcıl olaraq hüceyrə davranışını istiqamətləndirməsini və ya bioloji istehsal proseslərini optimallaşdırmasını çətinləşdirir.
Hu-nun tədqiqatı bu problemi həll etmək üçün cihaz mühəndisliyi, real vaxt rejimində əks əlaqə nəzarəti və riyazi modelləşdirməni birləşdirir, tədqiqatçılara mühəndis hüceyrələrin necə davrandığını öyrənmək və daha etibarlı bioloji sistemlər dizayn etmək üçün praktiki alətlər verir. Bu yanaşma canlı hüceyrələrin içərisində xüsusi fəaliyyətləri idarə etmək üçün işıqdan istifadə edən bir texnika olan optogenetikanı tətbiq edir. Tədqiqatçılar hüceyrələrin işığa cavab verməsini təmin edən optogenetik sistemlər inkişaf etdirsələr də, davamlı olaraq bu reaksiyaları ölçmək və işığı real vaxt rejimində avtomatik tənzimləmək - qapalı dövrəli idarəetmə kimi tanınan bir strategiya - texniki cəhətdən çətin olaraq qalır və çox vaxt xüsusi avadanlıq tələb edir.
Son araşdırmada Hu və onun komandası, sintetik biologiya tədqiqatçıları üçün real vaxt rejimində optogenetik rəy nəzarətini daha əlçatan edən laboratoriya platforması olan Optogenetik Tədqiqatlar üçün LED-Embedded Microplate (LEMOS) hazırladı. Qəzet ACS Synthetic Biology jurnalında dərc olunub. Sistem proqramlaşdırıla bilən LED işıqlarını hüceyrə böyüməsi və gen ifadəsinin davamlı ölçüləri ilə birləşdirir - hüceyrələrin zülal istehsal etmək və bioloji funksiyaları yerinə yetirmək üçün genetik məlumatdan istifadə etdiyi proses.
Təcrübə ərzində sabit işıq modelini tətbiq etmək əvəzinə, LEMOS davamlı olaraq hüceyrələrin reaksiyasını ölçür və işığı real vaxtda avtomatik olaraq tənzimləyir, bu da tədqiqatçılara hüceyrələr böyüdükcə daha ardıcıl nəzarəti saxlamağa imkan verir. "Biz canlı hüceyrələrin içərisində gen ifadəsini tənzimləmək üçün işıqdan istifadə edə bilərik" dedi Hu. "Bu, nəticədə istehsal məhsuldarlığını yaxşılaşdırmağa, hüceyrələr üzərində stressi azaltmağa və bioloji istehsalı daha etibarlı etməyə kömək edə bilər." Hu komandası, həmçinin, hüceyrə böyüməsindəki dəyişikliklərin gen ifadəsinə və nəhayət, əks əlaqəyə nəzarət sistemlərinin performansına necə təsir etdiyini izah edən riyazi modelləşdirmə çərçivəsi olan Böyümə Mərhələlərində Gen İfadəsini (GEAGS) inkişaf etdirdi.
Hu dedi: "Hüceyrələr böyüdükcə, təbii olaraq genləri necə ifadə etdiklərini dəyişirlər". "Bu o deməkdir ki, eyni işıq girişi böyümənin müxtəlif mərhələlərində fərqli hüceyrə reaksiyaları yarada bilər. Effektiv əks əlaqəyə nəzarət sistemlərini dizayn etmək üçün bizə bu dəyişiklikləri nəzərə alan model lazım idi." LEMOS və GEAGS dinamik mühitlərdə mühəndis hüceyrələrinin öyrənilməsi üçün tamamlayıcı alətlər təqdim edir.
Xülasə — davamını mənbədə oxuyun.
