Aviso: Esta página é uma tradução automática da página original em inglês. Por favor note uma vez que as traduções são geradas por máquinas, não tradução tudo será perfeita. Este site e suas páginas da Web destinam-se a ler em inglês. Qualquer tradução deste site e suas páginas da Web pode ser imprecisas e imprecisos no todo ou em parte. Esta tradução é fornecida como uma conveniência.

Desenvolvendo uma Pilha-Em-UM-Microplaqueta artificial

Criando um artificial “pilha--um na microplaqueta” que pode imitar a função de pilhas biológicas é um objetivo grande para a biologia sintética. A revelação desta ideia é em curso, e nesta parte, três exemplos serão investigados.

pilhaCrédito de imagem: Bilhão fotos/Shutterstock.com

Como pode a troca da energia e dos materiais ser replicated em uma pilha-em-um-microplaqueta?

Na pilha viva, as reacções bioquímicas que ocorrem são mantidas em um “de estado estacionário” pela troca da energia e dos materiais com o ambiente circunvizinho. Geralmente, in vitro os sistemas não utilizam esta troca, conseqüentemente estes sistemas alcançarão o equilíbrio químico, e fazem-no difícil investigar as redes bioquímicas complexas que ocorrem dentro de uma pilha.

Para endereçar isto, Niederholtmeyer e co. criou um sistema para a expressão genética usando um sistema microfluidic para criar uma pilha-em-um-microplaqueta. O sistema foi baseado em reactores microfluidic nanoliter-feitos sob medida. Neste sistema, uma mistura que contem os componentes necessários para a expressão genética foi adicionada em etapas da diluição, ao lado do ADN do molde. Isto conduz ao deslocamento do líquido que estava já actual no sistema. A rotulagem da fluorescência foi usada para determinar a quantidade de ADN, de RNA e de proteína actuais no sistema. Esta pilha-em-um-microplaqueta podia manter a expressão genética de estado estacionário por ao redor 30 horas.

Pode a expressão genética de um sistema da pilha-em-um-microplaqueta ser controlada?

As revelações na busca para um sistema da pilha-em-um-microplaqueta renderam os sistemas que podem com sucesso expressar genes fora da pilha; estes incluem sistemas tais como bioreactores da vesícula e morphogenic-como circuitos genéticos. Uma edição que pode elevarar ao projetar um sistema artificial da pilha-em-um-microplaqueta é como medir mudanças dinâmicas na expressão genética ao usar um sistema contínuo da expressão.

Para endereçar esta, as microplaquetas microfluidic com válvulas de interruptor foram usadas com sucesso para analisar a expressão genética de estado estacionário e dinâmica. Contudo, estes sistemas igualmente têm o inconveniente em inclinações dessa concentração das moléculas são potencial perdidos com o fluxo do líquido, particularmente aqueles que estão sobre uma área pequena; isto é importante, porque determinados processos morfológicos são controlados por variações na concentração de moléculas.

Karzbrun e co. desenvolveu um sistema que poderia manter tais inclinações de concentração, assim como a expressão genética na densidade da superfície da elevação, retorno da proteína, capacidade para trocar os materiais com o ambiente todos dentro de uma forma definida.

O sistema começa com moldes do ADN, que codificam para os genes que a pilha-em-um-microplaqueta expressará. Estes moldes dobro-encalhados do ADN foram montados em compartimentos circulares dentro de um chip de silicone. Estes compartimentos foram conectados pelos capilares, que foram conectados então aos canais de fluxo.

Então, os extractos das pilhas de Escherichia Coli foram adicionados à pilha-em-um-microplaqueta, onde a resistência alta do fluxo nos capilares conduziu à difusão dos componentes da reacção nos compartimentos do ADN. Isto permite o metabolismo dentro da pilha-em-um-microplaqueta de ser mantido continuamente.

A síntese da proteína ocorre então dentro dos compartimentos do ADN, que difundido através do capilar aos canais de fluxo. Aqui, um inclinação de concentração foi formado; isto era o mais alto no compartimento do ADN e foi diminuído mais perto da junção entre o capilar e o canal de fluxo. Isto mostrou que este sistema da pilha-em-um-microplaqueta é capaz não somente de expressar genes, mas este pode ser controlado para ocorrer em lugar específicos e com inclinações de concentração específicos.

Pode você estudar a degradação da proteína usando uma pilha-em-um-microplaqueta?

Os exemplos acima mostram que é possível fazer proteínas usando um sistema da pilha-em-um-microplaqueta, contudo, as sobras da pergunta se a degradação da proteína pode igualmente ser realizada por tais sistemas. Para investigar isto, Tonooka e co. projectou um sistema que incluísse a degradação da proteína ao lado da expressão genética.

Primeiramente, os autores tomaram extractos da pilha de duas tensões de Escherichia Coli, uma que contem o protease ClpX, que é o componente da degradação da proteína. ClpX foi expressado de um plasmídeo, significando que sua expressão em Escherichia Coli pode ser controlada. Estes extractos celulares foram usados então em um sistema microfluidic formado de uma bolacha de silicone.

Para assegurar-se de que as proteínas poderiam ser degradadas neste sistema da pilha-em-um-microplaqueta, os autores usaram primeiramente uma proteína fluorescente etiquetada e observams para ver se a fluorescência diminuiu, indicando a degradação da proteína. As observações mostraram que o sistema da pilha-em-um-microplaqueta é capaz de degradar proteínas.

Contudo, que acontece quando você combina a degradação da proteína com a expressão genética, isto é fazendo das proteínas? Aqui, os autores utilizaram um circuito do gene para investigar; momentaneamente, isto consiste “em um circuito oscilatório” e do “em um circuito repórter”, onde a expressão da proteína fluorescente etiquetada do repórter é controlada pelo circuito oscilatório. O circuito resultante mostrou um teste padrão de oscilação da expressão genética em pilhas de Escherichia Coli. Este circuito foi colocado em um plasmídeo e imobilizado então na pilha-em-um-microplaqueta.

Quando os extractos da pilha de Escherichia Coli foram adicionados, a fluorescência emissora da pilha-em-um-microplaqueta oscilou ao redor quatro vezes. Isto indica que este sistema da pilha-em-um-microplaqueta é capaz não somente da expressão genética, mas igualmente degradação da proteína também. Umas revelações e uns refinamentos mais adicionais deste sistema podiam pavimentar a maneira para que uma expressão genética mais complexa seja estudada, assim como trazendo in vitro a pilha-em-um-microplaqueta artificial mais perto dos sistemas in vivo celulares.

Fontes

Niederholtmeyer, 2013) aplicações do H. e outros (de redes biológicas sem célula em de estado estacionário. PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.1311166110

Karzbrun, compartimentos programáveis do ADN da em-microplaqueta do E. e outros (2014) como pilhas artificiais. Ciência DOI: 10.1126/science.1255550

Tonooka, 2019) pilhas artificiais do T. e outros (em uma microplaqueta integrada com degradação da proteína. Conferência internacional de IEEE 3a sobre os micro electro sistemas mecânicos DOI: 10.1109/MEMSYS.2019.8870666

Further Reading

Last Updated: Dec 18, 2020

Dr. Maho Yokoyama

Written by

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is a researcher and science writer. She was awarded her Ph.D. from the University of Bath, UK, following a thesis in the field of Microbiology, where she applied functional genomics to Staphylococcus aureus . During her doctoral studies, Maho collaborated with other academics on several papers and even published some of her own work in peer-reviewed scientific journals. She also presented her work at academic conferences around the world.

Citations

Please use one of the following formats to cite this article in your essay, paper or report:

  • APA

    Yokoyama, Maho. (2020, December 18). Desenvolvendo uma Pilha-Em-UM-Microplaqueta artificial. News-Medical. Retrieved on September 26, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/Developing-an-Artificial-Cell-On-A-Chip.aspx.

  • MLA

    Yokoyama, Maho. "Desenvolvendo uma Pilha-Em-UM-Microplaqueta artificial". News-Medical. 26 September 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Developing-an-Artificial-Cell-On-A-Chip.aspx>.

  • Chicago

    Yokoyama, Maho. "Desenvolvendo uma Pilha-Em-UM-Microplaqueta artificial". News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/Developing-an-Artificial-Cell-On-A-Chip.aspx. (accessed September 26, 2021).

  • Harvard

    Yokoyama, Maho. 2020. Desenvolvendo uma Pilha-Em-UM-Microplaqueta artificial. News-Medical, viewed 26 September 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Developing-an-Artificial-Cell-On-A-Chip.aspx.

Comments

The opinions expressed here are the views of the writer and do not necessarily reflect the views and opinions of News Medical.