Cloud 'DNA Printing', Bagian 2

Cloud 'DNA Printing', Bagian 2


Dalam pencetakan DNA, kode genetik menjadi kode komputer. Transformasi ini terjadi ketika basis kimia adenin, timin, sitosin dan guanin hadir dalam campuran kimia atau sekuens gen diterjemahkan oleh komputer melalui teknologi elektroforesis gel ke dalam huruf-huruf yang mewakili mereka: A/T, T/A, C/G, G/C .

Kode alfabet ini diresmikan pada tahun 1970 oleh Persatuan Internasional Kimia Murni dan Terapan (IUPAC) untuk diintegrasikan ke dalam format bioinformatika berbasis teks, yang disebut "FASTA," di mana nukleotida diwakili secara simbolis menggunakan huruf tunggal.

Juga dikenal sebagai "sekuensing gen buatan, sintesis dan produksi protein," pencetakan DNA adalah metode dalam biologi sintetis yang digunakan untuk membuat gen buatan di laboratorium. Apa yang membedakannya dari kloning molekul dan reaksi berantai polimerase (PCR) adalah bahwa para ilmuwan dapat menggunakan pencetakan DNA untuk membuat molekul DNA beruntai ganda yang sepenuhnya sintetis secara artifisial, tanpa perlu urutan DNA yang sudah ada sebelumnya.

Ilmu di balik pencetakan DNA rDNA dan protein dikenal sebagai "kimia fosfonamidit" dan "sintesis DNA fase padat."

DNA tiruan dalam toples

"Ini berarti Anda dapat membeli dalam toples bahan kimia yang berasal dari tebu, dan fosforamidit kimia dalam empat botol ini akhirnya menjadi empat basis DNA ... A/T, C/G, T/A, G/C ... dalam bentuk yang dapat dengan mudah dikumpulkan, "jelas Drew Endy, asisten profesor bioteknologi di Stanford University, dalam presentasi Long New Foundation 2008 berjudul" Membuat DNA Sintetis. "

"Jadi, Anda menghubungkan botol-botol ini ke mesin, dan ke dalam mesin datang informasi dari komputer, sekuens DNA ... apa pun yang ingin Anda buat, dan mesin itu akan menjahit bahan genetik bersama-sama dari awal," katanya. melanjutkan. "Ini sintesis DNA .... Anda mengambil informasi dan bahan kimia mentah dan Anda menyusun materi genetik. Praktisnya berbicara teknologi paling keren, paling mengesankan/menakutkan yang pernah saya temui."

Sintesis DNA buatan melibatkan pembuatan versi buatan manusia dari untaian asam nukleat yang membentuk kode genetik.

Saat ini, sintesis fase padat dilakukan secara otomatis menggunakan instrumen yang dikendalikan komputer.

Sekuens fragmen "gen yang diminati" file FASTA diunduh ke synthesizer otomatis. Program sintesis terintegrasi komputer synthesizer menerapkan kode ini pada campuran kimia fosforamidit aktual dari pasangan nukleobase, blok pembangun DNA - adenin/timin, sitosin/guanin - diwakili dalam komputer sebagai huruf AT/CG.

Urutan AT/CG yang diinginkan dimasukkan pada keyboard dan mikroprosesor sistem secara otomatis membuka katup dari wadah basa nukleotida AT/CG berturut-turut, reagen dan pelarut yang diperlukan pada setiap langkah, ke dalam kolom synthesizer, yang dikemas dengan microbeads kecil (disebut "resin") terbuat dari kaca pori terkontrol (CPG), polystyrene atau silika. Manik-manik ini memberikan dukungan pada molekul DNA mana yang dirakit.

Blok bangunan fosforamidit digabungkan secara berurutan dengan manik-manik yang mendukung rantai nukleotida yang tumbuh dalam urutan yang diperlukan oleh urutan "gen yang diminati" dan produk protein hilir yang dimaksudkan (mis., Vaksin, biologis). Suksinil kimiawi bertindak sebagai penghubung spesifik-urutan molekul fosforamidit dengan manik-manik target.

Setelah proses perakitan rantai selesai dan setelah semua langkah selesai, senyawa yang disintesis dibelah secara kimiawi dari manik-manik fase padat, dilepaskan ke larutan dan dideproteksi, dan untai yang dihasilkan dari gen atau gen sintetis dikumpulkan untuk pemurnian.

Metode ini telah digunakan untuk menghasilkan kromosom bakteri atau ragi fungsional yang mengandung sekitar 1 juta pasangan basa. (Sebagai perbandingan, genom manusia terdiri dari 3 miliar pasangan basa).

Membuat Protein - Proteomik Beraksi
Setelah dimurnikan, gen siap membuat protein. Perjalanan dari gen ke protein adalah kompleks dan dikontrol ketat dalam setiap sel.

Isolasi gen tertentu dimulai dengan para ilmuwan membangun perpustakaan DNA - koleksi komprehensif fragmen DNA kloning dari sel, jaringan atau organisme tertentu.

DNA yang mengandung gen target dibagi menjadi beberapa bagian menggunakan enzim restriksi atau protein Cas9 (atau yang terkait dengan CRISPR), suatu enzim yang bertindak seperti sepasang "gunting molekuler" yang mampu memotong untaian DNA.

Gen target yang diminati dalam segmen DNA diisolasi dan dimasukkan ke dalam genom DNA murni dari elemen genetik yang mereplikasi diri - umumnya virus atau plasmid bakteri. Gen yang menarik menyatu dengan DNA plasmid untuk membuat molekul DNA rekombinan yang dikenal sebagai "vektor ekspresi kloning" plasmid.

Vektor kloning adalah plasmid yang digunakan terutama untuk menyebarkan DNA. Vektor ekspresi adalah jenis khusus vektor kloning yang dirancang untuk memungkinkan transkripsi informasi genetik ke RNA messenger (mRNA) dan diterjemahkan menjadi protein.

Karena bakteri membelah dengan cepat, mereka dapat digunakan sebagai "pabrik" untuk menyalin fragmen DNA dalam jumlah besar. E. coli digunakan secara luas di laboratorium sebagai organisme inang karena mudah dimanipulasi dan murah untuk tumbuh. E. Coli adalah organisme prokariotik (tanpa inti yang terikat membran) yang paling umum digunakan dalam penelitian. Ini adalah inang yang sangat baik untuk menghasilkan berbagai protein, dan merupakan salah satu organisme pertama yang diurutkan genomnya, pada tahun 1997.

Setelah vektor dimasukkan ke dalam sel bakteri E. coli (transformasi) untuk amplifikasi, molekul rDNA bereplikasi di dalam sel bakteri E. coli inang sementara sel inang membelah, membentuk klon sel yang disebut "perpustakaan."

DNA berisi instruksi untuk mengumpulkan asam amino dalam urutan tertentu. Setiap jenis sel hanya "menghidupkan" (atau mengekspresikan) gen yang memiliki kode untuk protein yang perlu digunakan.

DNA double-stranded "bernafas" (frays) dalam ritme membuka dan membungkus ulang, membuka ritsleting dan membuka ritsleting - pembukaan dan penutupan "gelembung" yang dinamis antara dua helai yang mengarah ke pemecahan pasangan basa.

Pembukaan gelembung antara dua untaian menghasilkan wilayah DNA untai tunggal sementara yang mengandung satu atau lebih basa, memungkinkan protein untuk mendapatkan akses awal mereka ke DNA melalui asam ribonukleat (RNA), rantai sel panjang, untai tunggal yang memproses protein .

Ada empat jenis RNA, dan masing-masing dikodekan oleh jenis gennya sendiri: mRNA (messenger RNA) mengkodekan urutan asam amino dari polipeptida; tRNA (transfer RNA) membawa asam amino ke ribosom selama penerjemahan; rRNA (RNA ribosom), bersama dengan protein ribosom, membentuk ribosom - organel yang menerjemahkan mRNA; dan snRNA (RNA nuklir kecil), bersama dengan protein, membentuk kompleks yang digunakan dalam pemrosesan RNA.

Urutan DNA gen menginstruksikan sel untuk menghasilkan protein tertentu. Enzim RNA membaca informasi dalam molekul DNA dan mentranskripsikannya ke dalam molekul intermedier messenger ribonucleic acid (mRNA).

Transkripsi dimulai ketika enzim yang disebut "RNA polimerase" menempel pada untai cetakan DNA yang baru dibuka dan mulai menyusun rantai nukleotida baru untuk menghasilkan untai RNA komplementer.

Kode Genetik Universal yang terkandung dalam sekuens DNA memungkinkan sel untuk menerjemahkan "bahasa" nukleotida DNA ke dalam "bahasa" asam amino protein yang terbuat dari rantai panjang asam amino yang disatukan dari ujung ke ujung. Asam amino memiliki banyak fungsi, tetapi yang paling terkenal adalah asam amino sebagai bahan penyusun sintesis protein.

Gen dalam RNA yang mengkode protein terdiri dari kodon, triplet nukleotida yang berdekatan (ATC/GAC, dll.) Dalam rantai RNA messenger (mRNA). Setiap kode kodon untuk asam amino tunggal dan spesifik dalam sintesis molekul protein.

Di sinilah gen yang menarik mulai berubah menjadi protein yang menarik. Ketika gen DNA segmen bunga sepenuhnya ditranskripsi menjadi RNA, satu basis DNA bersesuaian dengan satu basis RNA, sekarang mRNA.

Molekul mRNA yang diciptakan DNA ini kemudian membawa instruksi kode DNA untuk membuat protein. Informasi DNA yang terkandung dalam molekul mRNA telah diterjemahkan ke dalam "bahasa" asam amino, bahan pembangun protein.

Bersama-sama, transkripsi dan terjemahan dikenal sebagai "ekspresi gen" atau "sintesis protein," yang semuanya menggambarkan proses yang sama yang terjadi di sitoplasma sel - substansi sel antara inti sel dan membran luar.

Setelah membangun templat untuk membangun protein, molekul mRNA membawa pesan DNA keluar dari inti sel ke dalam sitoplasma sel ke ribosom pembuat protein. Asam ribonukleat ribosomal (rRNA), komponen RNA ribosom, sangat penting untuk sintesis protein.

Selama penerjemahan, subunit ribosom berkumpul bersama seperti sandwich pada untaian mRNA yang baru tiba dari inti sel dengan kode genetiknya untuk membuat protein. Subunit ribosom berlanjut untuk menarik transfer RNA (tRNA) molekul yang ditambatkan ke asam amino.

E. coli memiliki asam amino di dalam sel, atau dapat menariknya ke dalam sitoplasma dari lingkungan luar seperti campuran nutrisi. tRNA mentransfer asam amino dari sitoplasma sel ke ribosom.

Struktur ribosom yang kompleks secara fisik bergerak sepanjang molekul mRNA seperti kereta api di jalur, mengkatalisis perakitan asam amino menjadi rantai protein. Mereka juga mengikat tRNA dan berbagai molekul aksesori yang diperlukan untuk sintesis protein.

Rantai panjang asam amino muncul ketika ribosom menerjemahkan urutan mRNA menjadi rantai polipeptida, atau protein baru.

Ketika protein rekombinan dihasilkan oleh gen yang dikloning, sel-sel inang E. coli mulai terakumulasi. Klon yang bertahan yang membawa protein yang menarik membentuk koloni, yang tumbuh menjadi kultur besar.

Tugas selanjutnya adalah mengumpulkan dan memurnikan produk spesifik, mis., Protein rekombinan yang diinginkan. Langkah pertama dalam pengumpulan DNA rekombinan yang diekspresikan dalam E. coli adalah lisis (melonggarkan, kehancuran) sel E. coli untuk melepaskan protein yang diinginkan.

Dalam proses lisis sel, membran sel bakteri pecah, memperlihatkan isi. Lipid dari membran sel dan nukleus dipecah dengan deterjen dan surfaktan. Ekstraksi, pemisahan dan pemurnian adalah teknik yang digunakan untuk memusatkan protein makromolekul yang menarik.

Pemurnian protein target yang baru dibuat adalah langkah penting setelah ekstraksi dari bakteri E. coli dan pemisahannya dari puing-puing sel dan bahan tidak larut lainnya, kontaminan, sumber biologis kasar, DNA plasmid, dan protein serta makromolekul lainnya. Pemurnian dicapai baik dengan cara enzimatik atau kimia.

Sebagian besar protein komersial dikembangkan dalam larutan salin yang mengandung fosfat. Formulasi cair biasanya lebih disukai untuk terapi protein injeksi (dalam hal kenyamanan bagi pengguna akhir dan kemudahan persiapan bagi pabrik).

Wadah produk cair yang paling umum adalah botol, botol, botol dan nampan. Bentuk cairan tidak selalu layak, mengingat kerentanan protein terhadap denaturasi dan agregasi di bawah tekanan seperti pemanasan, pembekuan, perubahan pH dan agitasi, yang semuanya dapat mengakibatkan hilangnya aktivitas biologis.

Lyophilization, juga disebut "pengeringan beku," adalah salah satu metode pengeringan bahan biologis yang meminimalkan kerusakan pada struktur internalnya. Liofilisasi umumnya menghasilkan peningkatan profil stabilitas.

Produk protein liofilisasi dapat dikirim dan disimpan dalam bentuk bubuk dalam botol dan botol plastik dan gelas. Pada saat digunakan, formulasi cairan asli dilarutkan. Protein dapat disuplai dalam kartrid dua ruang, dengan bubuk liofilisasi di ruang depan dan pengencer di ruang belakang. Alat rekonstitusi digunakan untuk mencampur pengencer dan bubuk.

Beberapa protein yang dirancang untuk konsumsi oral dapat didistribusikan sebagai kapsul yang terdiri dari bubuk atau agar-agar yang dimasukkan dalam wadah agar-agar yang larut. Tablet adalah bubuk terkompresi dalam bentuk padat.

Penyintesis DNA

Penyintesis DNA adalah mesin yang digunakan untuk membangun-molekul DNA kustom untuk mengandung urutan nukleotida tertentu. Penyintesis DNA dapat membuat molekul DNA spesifik untuk digunakan dalam pengobatan berbagai penyakit dengan mengganti bagian DNA yang rusak atau rusak dengan bagian yang diperbaiki.

Perangkat menerima representasi digital DNA dalam format file FASTA melalui Internet, dan merekonstruksi menggunakan bahan kimia yang diwakili oleh empat basa nukleotida nitrogen AT / CG yang membentuk DNA.

Berikut adalah beberapa contoh synthesizer DNA komersial terkemuka:

  • platform GenPlus Next-Gen HT Gene Synthesis dari GenScript Biotech Corp.;
  • proses pembuatan DNA sintetik berbasis semikonduktor yang menampilkan platform silikon throughput tinggi dari Twist Bioscience Corp.;
  • platform sintesis gen Invitrogen GeneArt GeneAssembler dari Thermo Fisher Scientific; dan
  • Perancang Gen dari ATUM (sebelumnya DNA2).
(Sumber: TechNewWorld)
Baca Juga
SHARE

Related Posts

Subscribe to get free updates

Posting Komentar