معلومة

كيف يمكنني عزل وتضخيم إنزيم فيروسي؟

كيف يمكنني عزل وتضخيم إنزيم فيروسي؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما هي الإجراءات التي سأستخدمها لعزل وتضخيم التكامل؟ إذا كنت أحاول دراسة إنزيم التكامل الموجود في فيروس نقص المناعة البشرية ، فكيف سأدمر الكبسولة الفيروسية لإطلاق محتوياتها. 2) فصل متكامل عن الإنزيمات الأخرى والحمض النووي الفيروسي. 3) عمل نسخ من الإنزيم للاختبار. أي مساعدة سيكون موضع تقدير كبير !!


يحتوي كل فيروس على كميات منخفضة للغاية من الإنزيم (ربما بضعة جزيئات فردية ، في أحسن الأحوال) ؛ إن جمع وتركيز عدد كافٍ من الفيروسات لاستخراج كمية كبيرة من الإنزيم سيكون طويلًا وصعبًا ، إذا كان ذلك ممكنًا.

تتمثل الإستراتيجية المعتادة في المعامل البحثية في استنساخ ترميز تسلسل الحمض النووي لهذا البروتين (إما عن طريق التضخيم المباشر من خلية مصابة بفيروس نقص المناعة البشرية ، أو عن طريق تصنيع قطعة من الحمض النووي في المختبر) ودمجه في ناقل تعبير ، أي قطعة أكبر من الحمض النووي ، تكون دائرية عادةً ، ومناسبة للتكامل في خلية مضيفة (بشرية ، أو حتى بكتيرية) وتحمل التسلسلات اللازمة للاستمرار والتعبير الجيني. بهذه الطريقة يمكنك إنتاج آلاف النسخ من الإنزيم الذي تهتم به في كل خلية ، ويمكنك بعد ذلك تنقية كمية كبيرة من الإنزيم لدراستها.

لتسهيل عملية التنقية ، من الشائع إضافة ترميز تسلسلي إلى الجين لـ "علامة التنقية" ، أي عدد قليل من الأحماض الأمينية الإضافية التي لها خصائص خاصة تجعل تنقية البروتين النهائي أسهل. يتم استخدام شد من 6-8 من بقايا الهيستيدين بشكل شائع. الافتراض هو أن البروتين الذي يحمل هذه العلامة سيكون له نشاط مشابه للإنزيم الطبيعي بعد التنقية.


نهج RADICA للتشخيص الفيروسي

حفز وباء COVID-19 موجة من التقنيات الجديدة للتشخيص الفيروسي السريع ، بالنظر إلى مدى أهمية هذه الابتكارات في إدارة تفشي الأمراض المعدية. الآن ، طور الباحثون طريقة RApid DIgital Crispr ، أو RADICA ، وهي منصة اختبار جزيئي أسرع أربع مرات من طريقة تفاعل البلمرة المتسلسل التقليدية (PCR). تم نشر الدراسة في المجلة المواد الحيوية.

يعد اختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) من بين أكثر الوسائل دقة وموثوقية للكشف عن المواد الجينية من الكائنات المسببة للأمراض لتشخيص العدوى. تستغرق هذه العملية حوالي أربع ساعات وتتطلب استخدام كواشف متخصصة ودوران حراري في مختبر تشخيصي.

في المقابل ، يمكن لـ RADICA تحديد كمية الأحماض النووية الفيروسية في أقل من ساعة ، باستخدام حمام مائي بسيط وقطعة قياسية من معدات المختبر غير مكلفة مدشان. قام فريق من تحالف سنغافورة-معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للأبحاث والتكنولوجيا (SMART) بالتحقق من صحة RADICA باستخدام نموذجين فيروسيين: SARS-CoV-2 وفيروس Epstein-Barr. وفقًا للباحثين ، فإن هذه التقنية مرنة ويمكن تطبيقها لتحديد وجود فيروسات أخرى في العينات البيولوجية وطاف ثقافة الخلية.

في بروتوكول RADICA ، يتم تقسيم الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي من العينة إلى آلاف تفاعلات فردية من 15 ميكرولتر. ثم يتم استخدام إنزيم Cas12a لتحديد وتضخيم وجود أي حمض نووي فيروسي ، وبالتالي ينبعث إشارة الفلورسنت. يكشف عدد التفاعلات التي توهج إيجابيًا عن عدد نسخ الفيروسات في العينة.

& quot هذه هي أول طريقة تم الإبلاغ عنها للكشف عن الأحماض النووية للاستفادة من حساسية التضخيم متساوي الحرارة وخصوصية الكشف المستند إلى CRISPR في تنسيق رقمي - مما يسمح بالتضخيم السريع والمحدّد للحمض النووي دون الحاجة إلى مضيعة الوقت والمكلفة للدورة الحرارية ، وقال Xiaolin Wu ، أحد مخترعي RADICA. & quotRADICA تقدم أربع مرات تقديرًا كميًا مطلقًا أسرع مقارنة بأساليب PCR الرقمية التقليدية. & quot


تقنية PCR

أصبح تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) ممكنًا من خلال اكتشاف أنزيمات البوليميراز المحبة للحرارة وإنزيمات البوليميراز المحبة للحرارة (الإنزيمات التي تحافظ على السلامة الهيكلية والوظائف بعد التسخين في درجات حرارة عالية). الخطوات المتبعة في تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل هي كما يلي:

  • يتم إنشاء خليط ، بتركيزات مُحسَّنة لقالب الحمض النووي ، وإنزيم البوليميراز ، والبادئات ، و dNTPs. تسمح القدرة على تسخين الخليط دون تغيير طبيعة الإنزيم بتغيير طبيعة الحلزون المزدوج لعينة الحمض النووي في درجات حرارة في حدود 94 درجة مئوية.
  • بعد التمسخ ، يتم تبريد العينة إلى نطاق أكثر اعتدالًا ، حوالي 54 درجة ، مما يسهل عملية التلدين (الربط) الخاصة بالبادئات إلى قوالب الحمض النووي أحادية الجديلة.
  • في الخطوة الثالثة من الدورة ، يتم إعادة تسخين العينة إلى 72 درجة ، وهي درجة الحرارة المثالية لـ Taq DNA Polymerase ، للاستطالة. أثناء الاستطالة ، يستخدم بوليميراز الحمض النووي الشريط الفردي الأصلي للحمض النووي كقالب لإضافة dNTPs التكميلية إلى الأطراف الثلاثة لكل تمهيدي وتوليد قسم من الحمض النووي مزدوج الشريطة في منطقة الجين محل الاهتمام.
  • الاشعال التي تلدنت لتسلسل الحمض النووي التي ليست مطابقة تامة لا تبقى ملدنة عند 72 درجة ، مما يحد من الاستطالة للجين المعني.

تتكرر عملية تغيير الطبيعة والتلدين والاستطالة عدة مرات (30-40) ، وبالتالي زيادة عدد نسخ الجين المطلوب في الخليط بشكل كبير. على الرغم من أن هذه العملية ستكون مملة للغاية إذا تم إجراؤها يدويًا ، إلا أنه يمكن تحضير العينات واحتضانها في جهاز حراري قابل للبرمجة ، وهو الآن شائع في معظم المختبرات الجزيئية ، ويمكن إجراء تفاعل PCR كامل في 3-4 ساعات.

توقف كل خطوة تغيير طبيعة عملية الاستطالة للدورة السابقة ، وبالتالي اقتطاع الخيط الجديد من الحمض النووي وإبقائه في حجم الجين المطلوب تقريبًا. يمكن جعل مدة دورة الاستطالة أطول أو أقصر اعتمادًا على حجم الجين المعني ، ولكن في النهاية ، من خلال الدورات المتكررة من PCR ، ستقتصر غالبية القوالب على حجم الجين المعني وحده ، لأنها من منتجات كل من البادئات.

هناك عدة عوامل مختلفة لنجاح تفاعل البوليميراز المتسلسل يمكن التلاعب بها لتحسين النتائج. الطريقة الأكثر استخدامًا لاختبار وجود منتج PCR هي الاغاروز الكهربائي للهلام. والتي تستخدم لفصل أجزاء الحمض النووي على أساس الحجم والشحنة. ثم يتم تصور الأجزاء باستخدام الأصباغ أو النظائر المشعة.


الملخص

باعتبارها أكثر الكيانات البيولوجية وفرة مع تنوع لا يصدق ، تم التعرف على العاثيات (المعروفة أيضًا باسم العاثيات) كمصدر مهم للآلات الجزيئية لتطوير أدوات الهندسة الوراثية. في الوقت نفسه ، تعد العاثيات ضرورية لتأسيس وتحسين النظريات الأساسية للبيولوجيا الجزيئية. توفر الدراسات التي أجريت على العاثيات مصادر غنية للعناصر الأساسية لتصميم الدوائر الاصطناعية بالإضافة إلى دعم قوي لتحسين منصات التطور الموجهة. لذلك ، تلعب العاثيات دورًا حيويًا في تطوير التقنيات الجديدة والمفاهيم العلمية المركزية. بعد أن تم اقتراح وتطوير فرضية عالم الحمض النووي الريبي ، استمر اكتشاف وظائف بيولوجية جديدة للحمض النووي الريبي. يستخدم الحمض النووي الريبي والعناصر المرتبطة به على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الهندسة الأيضية والتشخيص الطبي ، وقد أدى تعدد استخداماتهم إلى دور رئيسي للحمض النووي الريبي في البيولوجيا التركيبية. سيؤدي تطوير التقنيات المستندة إلى RNA إلى تطوير الأدوات البيولوجية الاصطناعية بالإضافة إلى توفير التحقق من فرضية RNA العالمية. تعتمد معظم جهود البيولوجيا التركيبية على إعادة بناء النظم البيولوجية الموجودة ، وفهم العمليات البيولوجية الأساسية ، وتطوير تقنيات جديدة. ستوفر التقنيات القائمة على الحمض النووي الريبي المشتقة من العاثيات مصادر وفيرة للمكونات البيولوجية الاصطناعية. علاوة على ذلك ، فإن العاثيات وكذلك الحمض النووي الريبي لها تأثير كبير على التطور البيولوجي ، وهو أمر محوري لفهم أصل الحياة ، وبناء أشكال الحياة الاصطناعية ، وإعادة برمجة النظم البيولوجية بدقة. تناقش هذه المراجعة مصطلحات التقنيات المستندة إلى RNA المشتقة من الملتهمة لمكونات الملتهمة ، ودورة حياة العاثيات ، والتفاعلات بين العاثيات والبكتيريا. سيتم تسليط الضوء على أهمية التكنولوجيا القائمة على الحمض النووي الريبي المستمدة من العاثيات للبيولوجيا التركيبية وفهم المراحل الأولى من التطور البيولوجي.


تدعم البيانات الخصائص المحسنة لـ EquiPhi29 DNA Polymerase

في الدراسات التي قارنت الإصدارات الأخرى المتاحة تجاريًا من بوليميراز Phi29 DNA ، أظهر EquiPhi29 DNA polymerase أدنى تحيز عند تضخيم الأهداف بمحتوى غني بالـ GC (شكل 1) وقدم أعلى عائد من التسلسل المستهدف سواء كان من DNA البلازميد (الشكل 2) أو DNA الجينوم الكامل (الشكل 3) في غضون 2 ساعة.

الشكل 1. أظهر EquiPhi29 DNA Polymerase تحيزًا منخفضًا لـ GC عند تضخيم 3 جينومات بكتيرية. خليط من الجينومات البكتيرية ذات GC منخفضة (بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية، 33٪ GC) ، معتدلة GC (بكتريا قولونية، 51٪ GC) ، و GC عالية (P. الزنجارية، 68٪ GC) باستخدام بوليميراز DNA EquiPhi29 و Phi29 وكذلك بوليميريز DNA من مورد آخر. لكل جينوم ، تم رسم محتوى GC للجينوم المرجعي ، في نوافذ 100 نقطة أساس مشار إليها باللون الرمادي ، مقابل التغطية الطبيعية لمزيج الجينوم غير المضخم ، المشار إليه باللون الأخضر. في حالة عدم وجود تحيز التسلسل ، يجب توزيع جميع النوافذ بالتساوي بالقرب من التغطية الطبيعية لـ 1 ، المشار إليها باللون الأزرق الفاتح. يتم عرض التغطية الطبيعية التي تم الحصول عليها بعد التضخيم باستخدام بوليميرات مختلفة. يقوم EquiPhi29 DNA Polymerase بتضخيم الحمض النووي بأقل تحيز GC عبر جميع محتويات GC عند مقارنته ببوليميراز DNA الأخرى (يشار إلى EquiPhi29 DNA Polymerase باللون الأصفر).

الشكل 2. قدم EquiPhi29 DNA Polymerase إنتاجية عالية من DNA البلازميد مع أوقات تفاعل أسرع من منتجات الموردين الآخرين. تم إجراء تضخيم 0.5 نانوغرام من DNA البلازميد pUC19 باستخدام EquiPhi29 DNA Polymerase و Phi29 DNA Polymerase و DNA polymerases من موردين آخرين. تم تنقية منتجات الحمض النووي باستخدام خرز مغناطيسي وقياس كمية باستخدام Qubit dsDNA BR Assay Kit. درجة حرارة التفاعل الموصى بها لـ EquiPhi29 DNA Polymerase هي 42 درجة مئوية ، مما يوفر أعلى عائد بعد ساعتين من الحضانة.

الشكل 3. قدم EquiPhi29 DNA Polymerase إنتاجية عالية من الحمض النووي الجيني مع أوقات تفاعل أسرع من منتجات الموردين الآخرين. تم إجراء تضخيم 0.5 نانوغرام من الحمض النووي الجيني البشري باستخدام بوليميراز الحمض النووي EquiPhi29 و Phi29 وكذلك بوليميرات الحمض النووي من موردين آخرين. تم تنقية منتجات الحمض النووي باستخدام خرز مغناطيسي وقياس كمية باستخدام Qubit dsDNA BR Assay Kit. درجة حرارة التفاعل الموصى بها لـ EquiPhi29 DNA Polymerase هي 42 درجة مئوية ومع ذلك ، يمكن الحصول على عوائد أعلى بعد 4 ساعات حضانة عند 30 درجة مئوية.

تنتج البوليمرات من نوع Phi29 أفضل قالب للمقايسات النهائية من امتدادات الحمض النووي الطويلة السليمة. لذلك ، من المهم تغيير طبيعة الحمض النووي بعناية ولكن بشكل كامل. تتضمن الطريقتان الأكثر شيوعًا تمسخًا للحرارة عند 95 درجة مئوية وتمسخ الحمض النووي القلوي. يحمل التمسخ الحراري خطر كسر الحمض النووي ، في حين أن التمسخ القلوي قد يكون غير مكتمل وغير مريح. تضمن الامتدادات السليمة ولكن المنفصلة جيدًا من بدء تشغيل الحمض النووي تحيزًا أقل وعوائد أعلى. كلما زاد الحمض النووي مزدوج الشريطة في العينة ، انخفض أداء تفاعل WGA.

باستخدام البوليمرات من نوع Phi29 ، يتم تضخيم الجينوم أثناء تفاعل تضخيم الإزاحة المتعددة (MDA) ، والذي يبدأ بربط الاشعال العشوائي بمواقع متعددة من الحمض النووي المشوه. يتضمن تضخيم البوليميراز إزاحة حبلا ، وبالتالي تحدث أحداث فتيلة إضافية على كل حبلا مزاح ينتج عنه منتج DNA متفرّع يصل إلى 70 كيلو بايت. يحدث التفاعل عند درجة حرارة ثابتة.

إن البوليمرات من نوع Phi29 قادرة على تكرار الحمض النووي من كميات البدء الدقيقة دون الانفصال عن قالب الحمض النووي الجيني (متوسط ​​طول المنتج أكبر من 10 كيلو بايت). هذه الميزة تجعلها مرشحًا رائعًا لتضخيم الجينوم الكامل من الخلايا المفردة. كلما زادت كمية الحمض النووي ، وبالتالي عدد نسخ الجينوم ، زاد احتمال اكتشاف موضع معين بعد تضخيم الجينوم الكامل.


بيولوجيا المستوى - تقنيات الجينات:

تحقق من المكان الذي يتناسب فيه هذا الدرس مع مواصفات الاختبار الخاصة بك!

بيولوجيا المستوى تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR)

00:00 مقدمة | نتائج التعلم

00:56 تفاعل البوليميراز المتسلسل

01:46 لماذا يسمى تفاعل البوليميراز المتسلسل PCR؟ / 1. & quot؛ البوليميراز & quot

02:48 ما هي إنزيمات بوليميراز الدنا المقاومة للحرارة؟

04:05 مواد أولية وتليين

04:38 ما تحتاج إلى معرفته لامتحانات المستوى "أ" الخاصة بك.

05:00 PCR - الخطوة 1. تغيير التشبع

05:30 PCR - الخطوة 2. التلدين

05:50 PCR - الخطوة 3. البلمرة

06:23 يضاعف PCR الحمض النووي بشكل كبير مع كل دورة.

07:02 تطبيقات PCR (البيئية والطبية والطب الشرعي).


إدخال الحمض النووي المؤتلف في خلايا أخرى غير البكتيريا

الأورام الجرثومية وبلازميد Ti

أغروباكتريوم توميفاسيانز هو أحد مسببات الأمراض النباتية التي تسبب تكوين الورم يسمى مرض مرارة التاج. تحتوي البكتيريا على بلازميد يعرف باسم Ti (تحفيز الورم) بلازميد، الذي يدخل الحمض النووي البكتيري في جينوم النبات المضيف. يستخدم العلماء هذه العملية الطبيعية للقيام بالهندسة الوراثية للنباتات عن طريق إدخال الحمض النووي الغريب في بلازميد Ti وإزالة الجينات اللازمة للمرض ، مما يسمح بإنتاج النباتات المعدلة وراثيًا.

بندقية الجينات

أ بندقية الجينات يستخدم جزيئات معدنية صغيرة جدًا (الجزيئات الدقيقة) مغلف بالحمض النووي المؤتلف ، والذي يتم تفجيره في الأنسجة النباتية أو الحيوانية بسرعة عالية. إذا تم تحويل الحمض النووي أو تناوله بواسطة الخلية و rsquos DNA ، يتم التعبير عن الجينات.

النواقل الفيروسية

ل ناقلات فيروسية، يمكن إزالة جينات الفوعة من الفيروس وإدخال الحمض النووي الغريب ، مما يسمح باستخدام قفيصة الفيروس كآلية لنقل المواد الوراثية إلى خلية نباتية أو حيوانية. عادةً ما يتم إضافة جينات الواسمات التي تسمح بتحديد الخلايا التي تناولت الجينات.


مسببات الأمراض الفيروسية التنفسية ، سرعان ما تم اكتشافها في الموقع!

طور باحثون في كوريا الجنوبية شريحة صفيف تضخيم بوليميراز إعادة التركيب المترابط متساوي الحرارة (RPA) ، أول تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) المتساوية للبلازموين في العالم والتي يمكنها اكتشاف 8 أنواع من مسببات الأمراض (4 بكتيريا و 4 فيروسات) التي تسبب أمراض الجهاز التنفسي المعدية الحادة في 30 دقيقة ، بقيادة الدكتور سونج جيو بارك والدكتور هو سانج جونج من المعهد الكوري لعلوم المواد (KIMS ، الرئيس جونغ هوان لي) والدكتور مين يونغ لي والدكتور أيونغ وو من مركز سامسونج الطبي. KIMS هو معهد أبحاث تموله الحكومة تحت إشراف وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات.

* PCR (تفاعل البوليميراز المتسلسل): طريقة اختبار لتضخيم هدف الأحماض النووية والكشف عنه

من المستحيل تحليل تقنية الكشف الحالية لـ COVID-19 في الموقع حيث يستغرق الأمر حوالي 4 ساعات أو أكثر ليتم تأكيدها بعد جمع العينات ، مما يجعلها يصعب عزل المصاب في أسرع وقت ممكن.

لحل هذه المشكلة ، قام الباحثون بدمج تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل متساوي الحرارة مع الركيزة النانوية ثلاثية الأبعاد Au التي يمكنها تضخيم إشارة التألق لمنتجات RPA مع أمبليكون الحمض النووي واكتشاف الحمض النووي البكتيري والحمض النووي الريبي الفيروسي بنجاح في غضون 30 دقيقة.

بالإضافة إلى ذلك ، طور فريق البحث أيضًا شريحة مصفوفة ثلاثية الأبعاد للاكتشاف الجزيئي متعدد الإرسال: شريحة يمكنها في وقت واحد تحليل 8 مسببات الأمراض (4 بكتيريا و 4 فيروسات).

* 4 بكتيريا: العقدية الرئوية ، المستدمية النزلية ، الكلاميديا ​​الرئوية ، الميكوبلازما الرئوية
* 4 فيروسات: Coronavirus 229E، OC42، NL63 (Coronavirus 229E، OC43، NL63)، metapneumovirus البشري

كما تم التأكيد على أن "تقنية التشخيص المتعدد للعدوى التنفسية الحادة" صالحة للعينات السريرية التي تم جمعها بواسطة مسحات البلعوم الأنفي. الفريق يخطط لأداء اختبار موثوقية الأجهزة الطبية من خلال التجارب السريرية واسعة النطاق على المصابين بفيروس COVID-19 والتقدم بطلب للحصول على موافقة من وزارة الغذاء وسلامة الدواء.

لقد تم بالفعل تسجيل براءة اختراع "تقنية المواد النانوية ثلاثية الأبعاد لتقوية الإشارة الضوئية" الخاصة بـ KIMS في كوريا والولايات المتحدة والصين ، وتم تطبيق "تقنية الكشف السريع عن مسببات الأمراض في الموقع" للحصول على براءة اختراع محلية بالاشتراك مع مركز Samsung الطبي.

"لقد طورنا جهازًا طبيًا يمكنه الكشف عن مسببات الأمراض في نصف ساعة في الموقع ، من خلال تطوير المواد النانوية البلازمية الأساسية التي تمكن من تشخيص مسببات الأمراض شديدة الحساسية لأكثر من 10 أنواع من مسببات الأمراض الفيروسية التنفسية. يمكن أن تكون أجهزة التشخيص الجزيئي في الموقع سائدة بسرعة بينما نبحث بنشاط مع مركز Samsung الطبي وشركات أجهزة التشخيص المحلية. " قال الدكتور Sung-Gyu Park ، عالم الأبحاث الرئيسي في KIMS.

قال جونغ هوان لي ، رئيس KIMS: "يدعم KIMS باستمرار تسويق تقنية التشخيص الجزيئي في الموقع للأمراض المعدية التنفسية وتقنية استشعار الكشف عن الأدوية فائقة الحساسية والتي تعتمد على المواد النانوية البلازمية ثلاثية الأبعاد شديدة الحساسية. سنبذل قصارى جهدنا حتى تساهم نتائج أبحاثنا في جودة الحياة والمجتمع الآمن ".

تم دعم هذا البحث من قبل برنامج البحوث الأساسية التابع للمعهد الكوري لعلوم المواد (KIMS) وبتمويل من مركز أبحاث Nano Plasmonic In Vitro التشخيصي التابع لوزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات ، ومشروع الكيميائي التابع لوزارة التجارة والصناعة والطاقة. .

أيضًا ، تم نشر التكنولوجيا في أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية (IF: 10.257) ، المجلة الدولية الرئيسية في مجال الكيمياء التحليلية.

* عنوان الورقة البحثية: التشخيص الجزيئي متعدد الإرسال السريع والحساس لمسببات الأمراض التنفسية باستخدام شريحة مصفوفة RPA متساوية الحرارة.

تم اختيار فريق البحث باعتباره امتيازًا على المستوى الوطني في مجال البحث والتطوير في عام 2020 من خلال تطوير جهاز استشعار فائق الحساسية للكشف عن تعفن الدم من خلال شريحة مستشعر حيوي نانو ثلاثي الأبعاد.

KIMS هو معهد أبحاث غير هادف للربح تموله الحكومة تحت إشراف وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (MSIT) في جمهورية كوريا. نظرًا لكونه المعهد الوحيد المتخصص في تقنيات المواد الشاملة في كوريا ، فقد ساهم KIMS في الصناعة الكورية من خلال تنفيذ مجموعة واسعة من الأنشطة المتعلقة بعلوم المواد بما في ذلك البحث والتطوير والتفتيش والاختبار والتقييم والدعم التكنولوجي.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


نظرة عامة على الحديث

جينيفر دودنا: هندسة الجينوم باستخدام تقنية CRISPR-Cas9: ولادة تقنية متطورة

تروي جينيفر دودنا قصة كيف تحولت دراسة الطريقة التي تحارب بها البكتيريا العدوى الفيروسية إلى تكنولوجيا هندسة جينومية غيرت أبحاث البيولوجيا الجزيئية. في عام 2013 ، طورت Doudna وزملاؤها نظام التعبير الجيني CRISPR-Cas9 الذي ، عند إدخاله في الخلايا الحيوانية ، يقوم بتغييرات خاصة بالموقع على الجينوم السليم. يعد CRISPR-Cas9 أكثر دقة وفعالية وأقل تكلفة من أدوات تحرير الجينوم الأخرى ، ونتيجة لذلك ، فقد سهل مجموعة واسعة من الدراسات التي كانت غير قابلة للتحقيق في السابق.


تخمير على نطاق واسع

التخمير على نطاق واسع هو مفتاح إنتاج العديد من المنتجات التي تتراوح من المواد الغذائية إلى المواد الصيدلانية.

أهداف التعلم

وصف التخمير وتطبيقاته لإنتاج الأطعمة والمشروبات الكحولية والوقود والمنتجات المؤتلفة مثل الأنسولين

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • تُستخدم عمليات التخمير على نطاق واسع لإنتاج كميات هائلة من الإيثانول الذي يستخدم في إنتاج الغذاء وإنتاج الكحول وحتى إنتاج البنزين.
  • يتميز التخمير بعمليات التمثيل الغذائي التي تستخدم لنقل الإلكترونات المنبعثة من العناصر الغذائية إلى الجزيئات التي يتم الحصول عليها من انهيار تلك العناصر الغذائية نفسها.
  • يستخدم التخمير العديد من المركبات العضوية ، مثل السكريات ، كمستقبلات داخلية للإلكترون لتعزيز نقل الإلكترون الذي يحدث.

الشروط الاساسية

  • أكسدة: رد فعل تفقد فيه ذرات عنصر الإلكترونات ويزداد تكافؤ العنصر.
  • الأميليز: نوع من الإنزيمات الهضمية القادرة على تكسير الكربوهيدرات المعقدة إلى سكريات بسيطة.

يشمل التخمير العمليات التي يتم من خلالها استخلاص الطاقة من أكسدة المركبات العضوية. تحدث أكسدة المركبات العضوية عن طريق استخدام متقبل إلكتروني داخلي لنقل الإلكترونات المنبعثة من العناصر الغذائية إلى الجزيئات التي يتم الحصول عليها من انهيار هذه العناصر الغذائية نفسها.

الأنواع الشائعة للتخمير: هذه هي الأنواع الشائعة من التخمير المستخدمة في الخلايا حقيقية النواة.

هناك أنواع مختلفة من التخمير التي تحدث على المستوى الصناعي مثل تخمير الإيثانول وعمليات التخمير المستخدمة لإنتاج الطعام والنبيذ. تعد القدرة على الاستفادة من عملية التخمير في الظروف اللاهوائية أمرًا بالغ الأهمية للكائنات الحية التي تتطلب إنتاج ATP عن طريق تحلل السكر. يمكن إجراء التخمير في ظروف هوائية أيضًا ، كما في حالة خلايا الخميرة التي تفضل التخمير على الفسفرة المؤكسدة. فيما يلي نظرة عامة مختصرة على أنواع قليلة من عمليات التخمير واسعة النطاق التي تستخدمها الصناعات في إنشاء الإنتاج.

تخمير الإيثانول

يستخدم تخمير الإيثانول لإنتاج الإيثانول لاستخدامه في الأغذية والمشروبات الكحولية والوقود والصناعة. تحدث عملية تخمير الإيثانول عندما يتم تحويل السكريات إلى طاقة خلوية. تشمل السكريات الأكثر استخدامًا الجلوكوز والفركتوز والسكروز. يتم تحويل هذه السكريات إلى طاقة خلوية وتنتج كلاً من الإيثانول وثاني أكسيد الكربون كمخلفات. الخميرة هي أكثر الكائنات الحية استخدامًا لإنتاج الإيثانول عبر عملية التخمير لإنتاج البيرة والنبيذ والمشروبات الكحولية. كما ذكرنا سابقًا ، على الرغم من وجود كميات وفيرة من الأكسجين ، فإن الخميرة تفضل استخدام التخمير. ومن ثم ، فإن استخدام الخميرة على نطاق واسع لإنتاج الإيثانول وثاني أكسيد الكربون يحدث في بيئة لاهوائية.

يمكن بعد ذلك استخدام الإيثانول الناتج في إنتاج الخبز. ستحول الخميرة السكريات الموجودة في العجين إلى طاقة خلوية وتنتج كلاً من الإيثانول وثاني أكسيد الكربون في هذه العملية. سوف يتبخر الإيثانول وسيوسع ثاني أكسيد الكربون العجين. فيما يتعلق بإنتاج الكحول ، ستحث الخميرة على التخمير وتنتج الإيثانول. على وجه التحديد ، في صناعة النبيذ ، تقوم الخميرة بتحويل السكريات الموجودة في العنب. في البيرة والكحول الإضافي مثل الفودكا أو الويسكي ، تقوم الخميرة بتحويل السكريات الناتجة عن تحويل نشا الحبوب إلى سكر بواسطة الأميليز. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام تخمير الخميرة لإنتاج كميات كبيرة من الإيثانول الذي يضاف إلى البنزين. المصدر الرئيسي للسكر المستخدم في إنتاج الإيثانول في الولايات المتحدة هو الذرة حاليًا ، ولكن يمكن أيضًا استخدام محاصيل مثل قصب السكر أو بنجر السكر.

التخمير في العنب: هذه صورة العنب الذي يخضع للتخمير أثناء عملية صنع النبيذ.

المنتجات المؤتلفة

يستخدم التخمير أيضًا في الإنتاج الضخم لمختلف المنتجات المؤتلفة. تشتمل هذه المنتجات المؤتلفة على العديد من الأدوية مثل الأنسولين ولقاح التهاب الكبد B. يعمل الأنسولين ، الذي ينتجه البنكرياس ، كمنظم مركزي لعملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والدهون وهو مسؤول عن تنظيم مستويات الجلوكوز في الدم. يستخدم الأنسولين طبيًا لعلاج الأفراد المصابين بداء السكري. على وجه التحديد ، لا يستطيع الأفراد المصابون بداء السكري من النوع الأول إنتاج الأنسولين ، وغالبًا ما يصاب الأشخاص المصابون بداء السكري من النوع 2 بمقاومة الأنسولين حيث لم يعد الهرمون فعالاً.

أدت الزيادة في الأفراد المصابين بداء السكري إلى زيادة الطلب على الأنسولين الخارجي. يتم إنتاج كميات كبيرة من الأنسولين من خلال استخدام كل من تقنية الحمض النووي المؤتلف وعمليات التخمير. كولاي ، دبليوالتي تم تغييرها وراثيًا لإنتاج البرونسولين ، تتم زراعتها بكمية كبيرة لإنتاج كميات كافية في مرق التخمير. ثم يتم عزل proinsulin عن طريق تعطيل الخلية وتنقيته. هناك تفاعلات أنزيمية أخرى تحدث بعد ذلك لتحويل البرونسولين إلى أنسولين خام يمكن تغييره أكثر لاستخدامه كمركب طبي.

منتج مؤتلف إضافي يستخدم عملية التخمير المراد إنتاجه هو لقاح التهاب الكبد B. تم تطوير لقاح التهاب الكبد B لاستهداف عدوى فيروس التهاب الكبد B على وجه التحديد. يستخدم إنشاء هذا اللقاح كلاً من تقنية الحمض النووي المؤتلف والتخمير. يتم إدخال جين ، HBV ، المخصص لفيروس التهاب الكبد B ، في جينوم خميرة الكائن الحي. تستخدم الخميرة لتنمية جين HBV بكميات كبيرة ثم يتم حصادها وتنقيتها. يتم استخدام عملية التخمير لتنمية الخميرة ، وبالتالي تعزيز إنتاج كميات كبيرة من بروتين HBV الذي تمت إضافته وراثيًا إلى الجينوم.


شاهد الفيديو: لماذا أنصح بتناول بذور اليانسون (قد 2022).