OSM ย่อมาจากซินธิไซเซอร์ Oligonucleotide ที่ออกแบบมาเพื่อใช้ใน Microgravity ซึ่งหมายความว่าเป็นอุปกรณ์ที่ทำ DNA strands โดยพลการ (ความยาวปานกลาง) ในพื้นที่ เอ๊ะที่น่าตื่นตาตื่นใจ? ฉันได้ทำงานกับโครงการนี้ในช่วงแปดเดือนที่ผ่านมาด้วยทีมแฮกเกอร์ที่ยอดเยี่ยมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการริเริ่มพื้นที่นักศึกษาสแตนฟอร์ดและฉันต้องการแบ่งปันสิ่งที่เรากำลังทำอยู่สิ่งที่เราได้ทำไปแล้วและ เราจะไปที่ไหน
ทำไมอวกาศ? ดีก่อนอื่นพื้นที่เย็น แต่อย่างจริงจังมากขึ้นการเข้าถึง DNA โดยพลการในอวกาศสามารถเร่งการวิจัยในสาขา Plethora และความสามารถในการสร้างแบคทีเรียทางพันธุกรรมในการผลิตสาร (พูดบนอาณานิคมของดาวอังคาร) อาจหมายถึงความแตกต่างระหว่างความตายและการยิงที่ช่วยชีวิต ในระยะสั้นมันยากที่จะทำนายดีเอ็นเอที่แน่นอนอาจต้องใช้การวิจัยหรือใช้งานจริงก่อนมือ
ครั้งแรกเมื่อ Hackaday มีแนวโน้มที่จะมีแสงเล็กน้อยเกี่ยวกับคำศัพท์ชีววิทยาเราจำเป็นต้องได้คำศัพท์เล็ก ๆ น้อย ๆ ออกจากวิธีการจาระบีวิธีการสื่อสาร หากคุณมีปริญญาเอก ในชีววิทยาสังเคราะห์คุณอาจต้องการข้ามส่วนนี้ มิฉะนั้นนี่คือห้าคำที่รวดเร็วที่จะทำให้สมองของคุณใหญ่ขึ้นอยู่กับฉัน!
กรด Deoxyribonucleic (DNA)
เนื่องจาก DNA เป็นจุดสนใจของโครงการนี้จึงเป็นเรื่องสำคัญยิ่งที่เข้าใจดีเอ็นเอก่อนดำเนินการต่อ แต่เนื่องจากส่วนใหญ่ได้เห็น DNA ในหลักสูตรชีววิทยาของโรงเรียนมัธยมฉันจะให้สั้นและเรียบง่าย
ครั้งแรก DNA เป็นโพลิเมอร์ที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์เป็นอาคารบล็อกของ DNA และประกอบด้วยหนึ่งในสี่ของนิวคลีโอเกส – Cytosine (C), Guanine (G), Adenine (A) หรือ Thymine (T) – น้ำตาลที่เรียกว่า Deoxyribose และกลุ่มฟอสเฟต นิวคลีโอไทด์ที่แตกต่างกันสามารถผูกพันกับนิวคลีโอไทด์ที่สอดคล้องกันได้ (A ถึง T; C ถึง G) บน DNA ที่แตกต่างกันของ DNA หากฐานบนเส้นของ DNA เป็นส่วนเสริมของฐานบนอีกเส้นหนึ่งโพลีเมอร์ทั้งสองสามารถผูกและสร้าง DNA สองชั้น และอีกหนึ่งหมายเหตุ: DNA มีปลายที่แตกต่างกันสองจุด: ปลายสามนายกรัฐมนตรี (3 ‘) และห้า Prime End (5’)
oligonucleotide (ah-li-go-new-klee-o-tide)
oligonucleotides เป็น DNA สั้นหรือโมเลกุล RNA และมีประโยชน์อย่างยิ่งในการวิจัยทั่วไปการทดสอบทางพันธุกรรมและชีววิศวกรรม ความยาวของ oligo (สั้นสำหรับ oligonucleotide) มักจะแสดงถึง 30-Mer หรือ D30 ในกรณีของ oligo ที่มี 30 ฐาน S Trand of DNA สั้นแค่ไหนที่ต้องพิจารณา oligo? กลับมาเมื่อเราอยู่ … สมมุติว่าไม่ดีที่ DNA สังเคราะห์ Oligonucleotides อยู่ในช่วง 2-50 อย่างแน่นหนา อย่างไรก็ตามด้วยการถือกำเนิดของฟอสฟอรัส (วิธีการสังเคราะห์ DNA อนินทรีย์), oligonucleotides สามารถอยู่ในช่วง 2-1,000 + ฐานที่มีความยาว
โฮมโป้ม
oligonucleotide ประกอบด้วยฐานเพียงประเภทเดียว (เช่น AAAAAA เมื่อเทียบกับ AGTCTG) เรียกว่า homopolymer
Terminal Deoxynucleotidyl Transferase (TDT)
เทอร์มินัล Deoxynucleotidyl Transferase โดยทั่วไปจะย่อไปยัง TDT เป็นเอนไซม์คล้ายโพลีเมอร์ที่สามารถเพิ่มนิวคลีโอไทด์โดยพลการไปยังจุดสิ้นสุดของ DNA 3 ‘เมื่อพบเงื่อนไขบางอย่าง TDT สามารถผนวกนิวคลีโอไทด์ทั้งสี่ได้ แต่แสดงการตั้งค่าสำหรับ Guanine (G) และ Cytosine (c) TDT สามารถพบได้ตามธรรมชาติในเซลล์ต่อมน้ำเหลืองที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะที่มีการกระจายทางพันธุกรรมสำหรับระบบภูมิคุ้มกันของเราโดยการเพิ่มฐานไปยังจุดสิ้นสุดของ 3 ‘(สามนายก) ของเรา
Sybr Green I
SYBR (เด่นชัดเหมือนไซเบอร์) เป็นโมเลกุลที่ผูกมัดกับ DNA สร้าง DNA-dye-complex ที่ดูดซับแสงสีฟ้าและปล่อยแสงสีเขียว ยิ่งไปกว่านั้น SYBR พบกับ DNA ที่ควั่นสองครั้ง แต่จะผูก DNA ที่ควั่นเพียงครั้งเดียวในระดับที่น้อยกว่า
เป้าหมายของการทำ DNA ในอวกาศ
ตอนนี้เรากำลังพูดภาษาเดียวกันแล้วลองดูที่เป้าหมายของการทำ DNA โดยพลการในอวกาศเอนไซม์ นั่นหมายความว่าอย่างไรและทำไมอวกาศ? โอเคลองทำคำนี้ด้วยคำว่า:
โดยพลการ: กระบวนการของเราไม่ควรทำสำเนาของ DNA (เช่น PCR) แต่ควรสร้างลำดับใด ๆ (เช่น agctatc) ที่หนึ่งสามารถพิมพ์ลงในคอมพิวเตอร์ (และสามารถมีอยู่จริง)
DNA: ฉันคิดว่าคุณได้รับอันนี้
ในอวกาศ: ความหมายที่ชัดเจน: เราต้องการให้อุปกรณ์ขั้นสุดท้ายของเราทำงานในอวกาศซึ่งกำหนดข้อ จำกัด ทางกายภาพและเคมีทุกประเภท
เอนไซม์: เราต้องการใช้วิธีการใหม่ของการสังเคราะห์ DNA โดยใช้เอนไซม์แทนวิธีการที่เป็นอันตรายและทรัพยากรฟอสฟอรามิด
การเพิ่มความสามารถในการผลิต DNA ที่กำหนดเองใน Microgravity อาจหมายถึงการก้าวกระโดดไปข้างหน้าอย่างมากในความสามารถของเราในการเอาชีวิตรอดจากโลก OSM ทำหน้าที่เป็นชุดเครื่องมือของ Biohacker สำหรับปัญหาที่ไม่สามารถสอนได้เราจะเผชิญกับสภาพแวดล้อมใหม่เมื่อเราสนับสนุนชีวิตบนและรอบ ๆ ดาวเคราะห์ดวงอื่น
โดยสรุปเราต้องการสร้าง ligonucleotides ที่ชัดเจนในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการของพื้นที่ที่มีวิธีการเอนไซม์ใหม่ พวกเขาบอกว่าเป้าหมายของคุณสูงใช่มั้ย
ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้น้อยที่สุด (MVP)
โอเคอาจจะไม่สูง อย่างน้อยก็ไม่ได้เริ่มแรก แทนที่จะกระโดดในทุกอย่างหรือไม่มีอะไรที่เราเลือกที่จะใช้วิธีการวนซ้ำ ตอนนี้เรากำลังดำเนินการเปิดตัว “ผลิตภัณฑ์ที่มีศักยภาพน้อยที่สุด” สำหรับเหตุผลสองสามประการ:
เพื่อตรวจสอบงานของเราจนถึงตอนนี้
เพื่อความสะดวกสบายด้วยการออกแบบอวกาศพร้อม
เพื่อรับข้อมูลพื้นที่จริง
เพื่อให้ได้ความน่าเชื่อถือสำหรับการเปิดตัวในอนาคต
กระบวนการ MVP
เนื่องจากนี่คือผลิตภัณฑ์ที่มีศักยภาพน้อยที่สุดของเราเรากำลังกัดเล็กน้อยจากเป้าหมายโดยรวมของเรา เช่นนี้ MVP ของเราจะสังเคราะห์ homopolymer ในตอนท้ายของ oligo ที่มีอยู่แทนที่จะสร้าง DNA โดยพลการโดยพลการ เราจะไม่สามารถควบคุมลำดับของมันได้อย่างสมบูรณ์ (ตลอดเวลาที่ดี) แต่เราจะแสดงหลักฐานการทำงานของงานของเราบางอย่าง
ครั้งแรกเราจะเริ่มต้นด้วย adenine ที่ homopolymer (a) strands ของ DNA ในการแก้ปัญหา ครั้งหนึ่งในอวกาศเราจะเพิ่มอุณหภูมิและอนุญาตให้ TDT ต่อท้าย thymine (t) กับเส้น
เนื่องจาก thymine (t) และ adenine (a) เป็นส่วนเสริมดีเอ็นเอที่ควั่นเดียวควรสร้าง DNA สองชั้น
จากนั้นเราจะใช้ Sybr Green I เพื่อค้นหาว่ามี DNA ที่ควั่นสองครั้งเพื่อตรวจสอบว่าการทดลองของเราทำงานหรือไม่ ผลงานนี้เพราะ Sybr จับคู่กับ DNA ที่ควั่นสองครั้งและมีเพียง fluoresces เท่านั้นหากผูกพันกับ DNA ขั้นตอนการตรวจสอบนี้มีความสำคัญอย่างไม่น่าเชื่อเพราะเราจะไม่มีใครขับและวิทยาศาสตร์ที่ทำโดยไม่มีการตรวจสอบไม่ใช่วิทยาศาสตร์จริงๆ
นอกจากนี้ DNA กิ๊ฟปินหรือมากกว่าอย่างเป็นทางการการจับคู่ฐานโมเลกุลของ Stem-Loop เป็นสิ่งที่ถูกนำมาใช้เป็นปัญหาที่เป็นไปได้กับการออกแบบนี้ หาก DNA ผูกด้วยตัวเองมันไม่สามารถผูกกับเส้นอื่น ๆ ได้ ฟังดูเหมือนปัญหาใช่ไหม แต่ดูอย่างใกล้ชิด: ถ้า DNA ผูกด้วยตัวเอง แม้ว่าเราจะสร้างกิ๊บแทนที่จะเป็น DNA “ที่เหมาะสม” เราจะยังคงมี DNA ที่ควั่นสองเท่าซึ่งเราสามารถตรวจจับได้
ในการตรวจสอบเรากำลังใช้เอนไซม์ที่มีวัตถุประสงค์คือการกระจายความเสี่ยงทางพันธุกรรมด้วย Sybr Green I, โมเลกุลที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเจลย้อมสีที่ใช้ใน electrophoresis เพื่อสังเคราะห์ DNA ในอวกาศ
ตอนนี้ในขณะที่นี่ฟังดูเรียบง่ายในทางปฏิบัติชีววิทยาสังเคราะห์มักฟังดูง่าย อย่างไรก็ตามในประสบการณ์ชีววิทยาของฉันไม่มีอะไรง่าย ๆ ต้องการข้อมูลทุกประเภทเพื่อให้เรามั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ของเราจะทำงานได้ สิ่งที่เราทำไปแล้ว:
ข้อมูลความมีชีวิตของกิ๊บ
ยืนยันว่าเราสามารถสังเคราะห์ homopolymers ด้วย TDT ได้อย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้กับนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด
กำหนดความเข้ากันได้ในระยะยาวของรีเอเจนต์ของเรา (พวกเขาอาจนั่งด้วยกันเป็นเวลา 2+ เดือน)
การพึ่งพาอุณหภูมิของ Sybr Green I
กำหนดระดับที่เราสามารถค้นพบความแตกต่างระหว่าง DNA ที่ควั่นเดี่ยวและคู่ที่ควั่นด้วย Sybr Green I
การออกแบบ MVP
การสร้างภาพการออกแบบแนวความคิดเริ่มต้น (คลิกเพื่อดูภาพเคลื่อนไหวเต็มรูปแบบ 22MB)
การทำงานกับเอนไซม์ในอวกาศนั้นยาก TDT จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิที่ควบคุมโดยเฉพาะโซลูชั่นบัฟเฟอร์และภาชนะที่ไม่ใช่โลหะทั้งหมดที่ยั่งยืนมานานกว่าหนึ่งเดือนในอวกาศ นอกจากนี้เราต้องการระบบการตรวจสอบบนกระดานซึ่งหมายความว่าเราต้องการตัวกรองที่เปราะบางและการเข้าถึงภาพของเรา
การออกแบบเริ่มต้นของเรามี PDMS 50μL (โพลิเมอร์อินทรีย์ที่ใช้งานทางชีวภาพที่ปลอดภัยทางชีวภาพที่ชัดเจน) ที่ล้อมรอบด้วยอีควอไลเซอร์ความร้อนอลูมิเนียมที่ร้อนแรง โมดูล Peltier ในปัจจุบันถ่ายโอน / ดูดซับความร้อนถึง / จากฮีทซิงค์ทั่วไปมากกว่าการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นเนื่องจากเราไม่รู้ว่าเงื่อนไขการเปิดตัวของเราอาจเป็นอย่างไร ยิ่งไปกว่านั้น Photodiode กรองและ LED HUG ห้องปฏิกิริยา PDMS ช่วยให้การทดสอบเรืองแสงเพื่อตรวจสอบความสำเร็จในการทดลอง
เกิน MVP
ในฐานะที่เป็น MVP ของเราเป็นเพียงหินก้าวสู่เป้าหมายสูงสุดของเราเราได้ทำงานกับสิ่งอื่น ๆ ทุกประเภท ยกตัวอย่างเช่นเรากำลังทำงานด้วยไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทริก (ดูขวา) เป็นอุปกรณ์เสริมสำหรับอุปกรณ์ไมโครไฟิกทั่วไปที่ใช้กันทั่วไปในอวกาศ
μwetเพราะมันเล็กและเปียก
นอกจากนี้เรายังสำรวจรูปแบบการถ่ายภาพและการสังเคราะห์ด้วยลูกปัดแม่เหล็ก นอกจากนี้เราพูดคุยเกี่ยวกับ DNA มากที่เราสร้างซอฟต์แวร์สร้างภาพ DNA ของ BARES เพื่อความสะดวกในการสนทนา (รูปภาพดีเอ็นเอในบทความนี้ถูกสร้างขึ้นโดยซอฟต์แวร์นี้)
อย่างไรก็ตามเท่าที่เรามาเรายังคงล้างการออกแบบของเราและจะรักความคิดที่คุณอาจมี โดยเฉพาะเรามีปัญหาเกี่ยวกับการค้นหาผู้ผลิต PCB ที่มีระยะห่างต่ำ 1mil ขั้นต่ำ เคล็ดลับคำแนะนำและการสนทนาที่ดีต่อสุขภาพในเรื่องนี้ยินดีในความคิดเห็นด้านล่าง