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      新的微流體裝置可以加速細菌中的DNA插入 這是基因工程的第一步
      
			
      
				2019-01-29 11:03:59
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      對任何生物進行遺傳工程都需要先讓細胞吸收外來DNA。為此，科學家們經(jīng)常進行一種稱為電穿孔的過程，在此過程中，細胞將細胞暴露在電場中。如果該區(qū)域的大小恰到好處，它將打開細胞膜內(nèi)的孔隙，DNA可以通過這些孔隙流動。但科學家可能需要幾個月甚至幾年才能找出確切的電場條件來可逆地解鎖膜的毛孔。
      

      新的微流體裝置可以加速細菌中的DNA插入 這是基因工程的第一步
      

      由麻省理工學院工程師開發(fā)的一種新型微流體裝置可以幫助科學家快速回歸電場“最佳點” - 電勢范圍無害，并暫時打開膜孔使DNA進入。原則上，簡單的裝置可能是用于任何微生物或細胞，顯著加快了基因工程的第一步。
      

      “我們正在努力減少所需的實驗量，”麻省理工學院機械工程副教授Esther和Harold E. Edgerton的Cullen Buie說。“我們對這種設備和未來迭代的重要愿景是能夠采取通常需要數(shù)月或數(shù)年的過程，并在一兩天內(nèi)完成。”
      

      Buie和他的同事，包括博士后Paulo Garcia，研究生Zhifei Ge和講師Jeffrey Moran，本周在“ 科學報告 ”雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。“盲目猜測”
      

      目前，科學家可以訂購各種電穿孔系統(tǒng) - 簡單的儀器，附帶一套穿透生物體細胞膜的說明。每個系統(tǒng)可以包括大約100種不同生物的指令，例如細菌和酵母菌株，每種生物都需要獨特的電場和一組滲透的實驗條件。然而，Buie說，已知這些指令的生物數(shù)量只是實際存在于自然界中的一小部分。
      

      “我們無法獲得大量的生物多樣性，”Buie說。“問題的一部分是，我們甚至無法獲得DNA，更不用說讓它被有機體表達。而對于電穿孔，尋找可能有效的條件就像在黑暗中拍攝一樣。”
      

      為了使電穿孔起作用，所施加的電場必須足夠強以暫時刺穿膜，但不能永久地刺穿膜，這將導致細胞死亡。
      

      “這就像手術 - 這是非常具有侵略性的，”Buie說。“殺死它們并且根本不影響它們之間有一個甜蜜的地方，你需要找到能夠可逆地打開它們，足夠讓DNA進入它們并且它們自己重新密封。”
      

      電場是否穿透膜還取決于細胞的周圍環(huán)境?？茖W家們還必須嘗試參數(shù)，例如細胞溶液的組成和電場的施加方式。
      

      “對于一種新型生物體，可能需要幾個月或幾年的時間來開發(fā)新的條件，這樣細胞就會快樂并且能夠在穿孔過程中存活下來，并且它會吸收DNA，”Buie說。
      

      一個范圍
      

      該組的新型微流體裝置可以顯著縮短識別這些理想條件所需的時間。該器件由使用軟光刻技術創(chuàng)建的通道組成。通道在中間變窄。當向器件施加電場時，通道的幾何形狀使得場具有一定范圍的電勢，最高的是在通道的最窄區(qū)域。
      

      研究人員將幾株細菌細胞流過該裝置，并將細胞暴露在電場中。然后他們添加了熒光標記物，在DNA存在的情況下點亮。如果細胞成功地被電場滲透，它們就會進入熒光標記物，然后熒光標記物會響應細胞自身的遺傳物質(zhì)而點亮。為了確定能夠打開細胞膜的電位的大小，研究人員簡單地標記了每個熒光細胞沿著通道的位置。
      

      “在一項實驗中，你可以測試一系列電場并幾乎立即得到一些信息，就是否有成功的開孔來說，”Buie說。“所以現(xiàn)在，在你的搜索過程中，你不需要進行一系列不同的實驗，分別測試不同的電場。你可以一次完成它，它可以點亮它。”
      

      研究人員成功地滲透了大腸桿菌和恥垢分枝桿菌(Mycobacterium smegmatis)菌株，這是一種細菌，與導致結(jié)核病的生物體屬于同一家族 - 一個家族的膜，Buie說，這是一個“眾所周知難以”穿透的家族。
      

      該小組的第一組實驗涉及打開毛孔以吸收熒光標記 - 一種略小于DNA的分子。研究人員還開展了一些實驗，他們在存在編碼抗生素抗性的DNA的情況下向細菌細胞施加電場。研究小組檢查了細胞是否從裝置中取出DNA并將其在抗生素的單獨平板上生長 - 這是一種稱為條紋測試的標準程序。他們發(fā)現(xiàn)細胞能夠繁殖 - 這是DNA成功摻入的標志，并且膜關閉了。
      

      “目前，由于可用于將DNA導入細胞的技術有限，只有少數(shù)細胞類型可以進行遺傳修飾，”加西亞說。“我們開發(fā)了一種微流體裝置，可以促進許多不同細胞類型的基因工程。通過介導新細胞類型的基因工程，這項技術將有助于藥物發(fā)現(xiàn)，再生醫(yī)學，癌癥治療和DNA疫苗接種等領域。”
      
			

			
        
      
			
      
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