मैंएक पट्टी की कल्पना करें जो एक घाव को लगभग तुरंत एक साथ जोड़ सकती है। या जहरीले छलकाव को साफ करने के लिए एक फिल्टर जो अपने पर्यावरण को समझ सकता है और उसके अनुकूल हो सकता है। ये केवल कुछ अनुप्रयोग हैं जो जीवित कोशिकाओं से निर्मित सामग्री के लिए संभव हो सकते हैं।
इंजीनियर जीवित सामग्री (ईएलएम) सैद्धांतिक रूप से ऊतक के गुणों को ग्रहण कर सकते हैं, जिसका अर्थ है कि वे बढ़ सकते हैं और आत्म-प्रचार कर सकते हैं। इससे पहले, वैज्ञानिक कोशिकाओं को ढालने योग्य सामग्री में एक साथ आने के लिए इंजीनियरिंग कोशिकाओं में सफल हुए हैं, लेकिन यह ठीक से नियंत्रित करना और आकार देना चुनौतीपूर्ण है कि वे रासायनिक संशोधनों के बिना कैसे इकट्ठा होते हैं जो कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकते हैं।
जबकि वैज्ञानिक बायोफिल्म-निर्माण प्रोटीन को मूर्तिकला करके जीवाणु कोशिकाओं से बने ईएलएम को आकार देने में सक्षम थे, जहां यूकेरियोटिक कोशिकाओं को निर्देशित करना अधिक चुनौतीपूर्ण रहा है। में प्रकाशित एक अध्ययन में विज्ञान अग्रिम 4 नवंबर को वैज्ञानिकों ने जेनेटिकली इंजीनियर्ड बेकर्स यीस्ट (Saccharomyces cerevisiae) ईएलएम में इकट्ठा करने के लिए। सूक्ष्म “चिमटी” की मदद से, वे रासायनिक संशोधनों के बिना परिणामी ईएलएम के आकार और आकार को सटीक रूप से नियंत्रित करने में सक्षम थे।
“जैविक कार्यों को सामग्रियों में पेश करना वास्तव में कठिन है,” कहते हैं सारा मोलिनारी, राइस विश्वविद्यालय में एक सिंथेटिक जीवविज्ञानी जो अध्ययन में शामिल नहीं थे। फिर भी, यह पीछा करने लायक लक्ष्य था क्योंकि “खमीर कुछ अनुप्रयोगों के लिए बेहतर है,” मोलिनारी बताते हैं।
यूकेरियोटिक कोशिकाओं को एक साथ जोड़ने की कोशिश करने के लिए, लेखकों ने चार सिंथेटिक प्रोटीनों के बीच अल्ट्राहाई-एफ़िनिटी प्रोटीन-प्रोटीन इंटरैक्शन (पीपीआई) के रूप में जाना जाता है। इससे पहले बैक्टीरिया से व्युत्पन्न। जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, ये अंतःक्रियाएं प्रोटीन को एक-दूसरे से बेहद मजबूती से जकड़ने का कारण बनती हैं। प्रोटीन जोड़े में आते हैं जो एक दूसरे के साथ मजबूत PPI बॉन्ड बनाते हैं, जैसे ताला और चाबी: SpyTag और SpyCatcher, और Im7 और CL7। शोधकर्ताओं ने खमीर की कमजोर बातचीत के माध्यम से उपनिवेश बनाने की प्राकृतिक प्रवृत्ति का भी लाभ उठाया।
बहुकोशिकीय जीवित सामग्री में बेकर के खमीर (सैकरोमाइसेस सेरेविसिया) कोशिकाओं की विधानसभा की योजनाबद्ध। AGA1 और AGA2 प्रोटीन कोशिका की सतह पर स्पाईटैग, स्पाईकैचर, CL7 और Im7 जैसे लक्ष्य प्रोटीन के प्रदर्शन को सक्षम करते हैं। AGA2 स्वाभाविक रूप से खमीर में व्यक्त किया जाता है, जबकि AGA1 लक्ष्य प्रोटीन से जुड़ा होता है और सहसंयोजक AGA2 से जुड़ता है। इंटरसेलुलर पीपीआई व्यक्तिगत कोशिकाओं को नेटवर्क में इकट्ठा करते हैं।
टीम ने स्पाईटैग, स्पाईकैचर, आईएम7 और सीएल7 को यीस्ट में एन्कोडिंग करने वाले जीन को क्लोन किया, जिसने फिर इन प्रोटीनों को उनके बाह्य झिल्ली पर व्यक्त करना शुरू कर दिया। फिर, शोधकर्ताओं ने इस्तेमाल किया ऑप्टिकल चिमटी-एक गैर-आक्रामक तकनीक जो जीवित कोशिकाओं में हेरफेर करने के लिए लेज़रों का उपयोग करती है – व्यक्तिगत खमीर कोशिकाओं को पूरक पीपीआई बनाने वाले प्रोटीन को एक साथ लाने और अन्य कोशिकाओं को अलग करने के लिए। इन चिमटी ने शोधकर्ताओं को सूक्ष्म स्तर पर जीवित कोशिकाओं की असेंबली की प्रकृति को नियंत्रित करने और आकलन करने के दौरान कोशिकाओं के बीच बातचीत की ताकत को मापने की अनुमति दी।
“एक चीज जो मैंने पहले कभी नहीं देखी, वह एकल कोशिकाओं को फँसाने के लिए ऑप्टिकल चिमटी का उपयोग करना है। मैंने सोचा कि यह वास्तव में अच्छा था, “मोलिनारी कहते हैं।
दो खमीर कोशिकाओं के बीच एक अति-मजबूत पीपीआई बनने के बाद, कोशिकाएं विभाजित होती रहती हैं, जिससे उनकी बेटी कोशिकाओं के साथ अधिक अति-मजबूत बंधन बनते हैं।
कागज के अनुसार, इस तकनीक का उपयोग स्व-प्रचारक ईएलएम का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है, जिसमें उपयोगी कार्य होते हैं, जैसे कि समुद्री जल से यूरेनियम निकालना, जिसका उपयोग परमाणु ऊर्जा के नवीकरणीय स्रोत के रूप में किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने खमीर में एक यूरेनियम-सीक्वेस्टरिंग प्रोटीन का उत्पादन किया और पाया कि सामग्री बढ़ती रही और प्रोटीन का अधिक उत्पादन करती रही। “महासागरों में यूरेनियम का एक विशाल भंडार है,” लिखते हैं फी सनहांगकांग विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में एक रसायनज्ञ और जैविक इंजीनियर, को एक ईमेल में वैज्ञानिक. “स्व-बढ़ते ईएलएम, कुशल यूरेनियम-बाइंडिंग लिगैंड्स का उत्पादन करने की अपनी क्षमताओं के साथ, रासायनिक पृथक्करण और ऊर्जा उद्योगों के सामने आने वाली चुनौतियों का लागत प्रभावी समाधान प्रदान कर सकते हैं।” सन ने सहयोगियों के साथ अध्ययन का नेतृत्व किया रिचर्ड लेकेरवेल्ड, एक केमिकल इंजीनियर, और जिनकिंग हुआंग, एक बायोफिज़िकन केमिस्ट।
शोधकर्ताओं ने समुद्री नीले सीप से प्राप्त एक चिपचिपा, पानी प्रतिरोधी अणु का भी सफलतापूर्वक क्लोन कियामायटिलस एडुलिस) खमीर के एक अलग बैच में जिसमें स्पाईटैग और स्पाईकैचर भी शामिल हैं। इन कोशिकाओं ने त्वचा और कांच सहित कई तरह की चीजों से खुद को प्रभावी ढंग से चिपका लिया। सन कहते हैं, “परिणामस्वरूप ईएलएम बेहद प्रभावी बायोग्ल्यू निकला” जिसका उपयोग घाव भरने के लिए किया जा सकता है।
“इंजीनियर जीवित सामग्री। . . [have] सामग्री के क्षेत्र में क्रांति लाने का वादा, “और इस अध्ययन में वर्णित नए अनुप्रयोग” उत्साहजनक हैं, “मोलिनारी कहते हैं। हालांकि, वह बताती हैं कि इस पद्धति का उपयोग करके इकट्ठे किए गए ईएलएम अभी भी व्यास में 20 माइक्रोन से कम हैं, और इस बात की संभावना है कि खमीर को बड़े, मैक्रो-स्केल ईएलएम में बनाने से पहले और अधिक शोध किए जाने की आवश्यकता है।
“कुल मिलाकर, जेनेटिक इंजीनियरिंग के साथ व्यक्तिगत कोशिकाओं को कार्यात्मक बनाने की क्षमता और उन्हें माइक्रोफ्लुइडिक्स और ऑप्टिकल चिमटी के साथ संरचित सामग्रियों में ठीक से इकट्ठा करना उन्नत सामग्री के नए वर्गों के लिए एक समृद्ध मंच प्रदान करता है,” सन कहते हैं। “यह अभूतपूर्व और परिवर्तनकारी है।”
