Cara meretas sel: Platform baru mempermudah memprogram sel-sel hidup

Anonim

Tubuh manusia terdiri dari triliunan sel, komputer mikroskopis yang melakukan perilaku kompleks sesuai dengan sinyal yang mereka terima satu sama lain dan lingkungan mereka. Ahli biologi sintetik merancang sel-sel hidup untuk mengontrol bagaimana mereka berperilaku dengan mengubah gen mereka menjadi sirkuit yang dapat diprogram. Sebuah studi baru yang diterbitkan oleh Asisten Profesor Wilson Wong (BME) di Nature Biotechnology menguraikan platform baru yang disederhanakan untuk menargetkan dan memprogram sel mamalia sebagai sirkuit genetik, bahkan yang rumit, lebih cepat dan efisien.

"Masalah yang dihadapi para ahli biologi sintetis adalah bagaimana kami meminta sel untuk membuat keputusan dan mencoba merancang strategi untuk membuat keputusan yang kami inginkan, " kata Wong. "Dengan sirkuit ini, kami mengambil pendekatan desain yang sama sekali berbeda dan telah menciptakan kerangka kerja bagi para peneliti untuk menargetkan jenis sel tertentu dan membuat mereka melakukan berbagai jenis perhitungan, yang akan berguna untuk mengembangkan metode baru untuk rekayasa jaringan, penelitian sel punca dan diagnostik. aplikasi, hanya untuk beberapa nama. "

Secara historis, sirkuit genetik rekayasa terinspirasi oleh desain sirkuit dalam elektronik, mengikuti pendekatan yang sama menggunakan faktor transkripsi, protein yang mendorong konversi DNA ke RNA, yang sulit untuk dikerjakan karena sulit untuk memprediksi untaian kode genetik yang benar-benar baru. Sel mamalia sangat sulit untuk bekerja karena mereka adalah lingkungan yang jauh lebih bervariasi dan mengekspresikan perilaku yang sangat kompleks, sehingga pendekatan elektronik terhadap desain sirkuit memakan waktu paling baik dan tidak dapat diandalkan dalam kondisi terburuk.

Pendekatan Wong menggunakan rekombinasi DNA, enzim yang memotong dan menempelkan potongan-potongan sekuens DNA, memungkinkan manipulasi sel dan perilaku mereka yang lebih bertarget. Hasilnya adalah platform bernama "BLADE, " atau "Logika Boolean dan aritmatika melalui eksisi DNA, " mengacu pada bahasa komputer yang diprogram oleh sel dan perhitungan yang dapat diprogram untuk dijalankan. BLADE akan memungkinkan para peneliti menggunakan berbagai sinyal, atau input, dalam satu perangkat yang disederhanakan untuk mengontrol output, atau perilaku, dari sel yang mereka targetkan.

"Idenya adalah untuk membangun sistem yang sederhana dan cukup fleksibel sehingga dapat dikustomisasi di lapangan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan menggunakan satu desain sederhana, daripada harus membangun kembali dan mencoba kembali desain baru setiap waktu, " kata Benjamin Weinberg, mahasiswa pascasarjana di laboratorium Wong dan penulis pertama di atas kertas. "Pada dasarnya, dengan BLADE, Anda dapat mengimplementasikan kombinasi perhitungan apa pun yang Anda inginkan dalam sel mamalia. Untuk makalah ini, kami mungkin tidak membangun perilaku khusus yang Anda butuhkan, tetapi kami ingin mengilustrasikan bahwa menggunakan BLADE, Anda harus dapat membangun sirkuit yang Anda butuhkan untuk memenuhi perilaku yang Anda cari. "

Makalah yang diterbitkan dalam Nature Biotechnology menguraikan lebih dari seratus contoh sirkuit yang berhasil dibangun menggunakan platform BLADE. Weinberg mencatat bahwa para peneliti sengaja membangun sirkuit kompleks dengan fungsi yang rumit untuk mengilustrasikan kemungkinan menggunakan desain mereka, termasuk beberapa yang memprogram sel manusia untuk menambah atau mengurangi angka. Dia mengunggah rencana desain ke repositori online open source sehingga peneliti lain dapat mulai mengunduh alat untuk digunakan dalam proyek mereka dengan segera. Weinberg akan terus menyempurnakan teknologi dan memasukkannya ke dalam program perangkat lunak untuk membuatnya lebih mudah digunakan, sementara Wong berencana menggunakan platform untuk mengeksplorasi aplikasi diagnostik medis.

"Sebelum BLADE, salah satu dari rangkaian ini akan membutuhkan waktu beberapa tahun untuk membangun dan membuat fungsional dan kemudian Anda harus menggunakan trial-and-error untuk membuatnya bekerja seperti yang Anda inginkan, " kata Wong. "Saya telah melakukan penelitian biologi sintetik selama 15 tahun dan saya belum pernah melihat sirkuit rumit seperti ini bekerja pada percobaan pertama seperti dengan platform ini. Kami senang untuk mendapatkannya di luar sana sehingga orang-orang dapat mulai menggunakannya, dan kami ' kembali bersemangat untuk melihat apa yang mereka hasilkan. "

menu
menu