วงจรส่วนใหญ่ที่นักชีววิทยาสังเคราะห์ใส่เข้าไปในจุลชีพจะแตกหรือหายไปจากจุลินทรีย์ทั้งหมดหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นวันเป็นสัปดาห์ เนื่องจากการกลายพันธุ์ต่างๆ แต่ในวารสารScienceฉบับวันที่ 6 กันยายน 2019 นักวิจัยของ UC San Diego ได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถรักษาวงจรพันธุกรรมได้นานกว่ามาก

กุญแจสำคัญในแนวทางนี้คือความสามารถของนักวิจัยในการแทนที่ประชากรย่อยที่มีวงจรพันธุกรรมหนึ่งกลุ่มด้วยอีกกลุ่มหนึ่งอย่างสมบูรณ์ เพื่อรีเซ็ตนาฬิกาการกลายพันธุ์ในขณะที่ยังคงให้วงจรทำงานอยู่

"เราได้แสดงให้เห็นว่าเราสามารถรักษาเสถียรภาพของวงจรทางพันธุกรรมโดยไม่ต้องเข้าสู่ธุรกิจการต่อสู้กับวิวัฒนาการ" เจฟฟ์ Hasty ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพและชีววิทยาของ UC San Diego ผู้เขียนที่เกี่ยวข้องในการศึกษากล่าว "เมื่อเราหยุดการต่อสู้กับวิวัฒนาการในระดับเซลล์แต่ละเซลล์ เราก็แสดงให้เห็นว่าเราสามารถรักษาวงจรพันธุกรรมที่มีราคาแพงจากการเผาผลาญได้ตราบเท่าที่เราต้องการ"

วงจรที่นักวิจัยของ UC San Diego ใช้ในการศึกษาScienceเป็นวงจรที่ทีมนี้และทีมอื่นๆ กำลังใช้อย่างแข็งขันเพื่อพัฒนาวิธีการรักษามะเร็งรูปแบบใหม่

"ในฐานะนักชีววิทยาสังเคราะห์ เป้าหมายของเราคือการพัฒนาวงจรยีนที่จะช่วยให้เราสามารถควบคุมจุลินทรีย์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ความเป็นจริงในปัจจุบันคือวงจรยีนที่เราใส่เข้าไปในจุลินทรีย์มีแนวโน้มที่จะล้มเหลวเนื่องจากการวิวัฒนาการ ไม่ว่าจะเป็น วัน สัปดาห์ หรือเดือน แม้จะใช้วิธีรักษาเสถียรภาพของวงจรที่ดีที่สุด แต่ก็เป็นเพียงเรื่องของเวลา และเมื่อคุณสูญเสียฟังก์ชันการทำงานในวงจรพันธุกรรมของคุณไปแล้ว ก็ไม่ต้องทำอะไรนอกจากเริ่มต้นใหม่" Michael Liao, UC San กล่าว นักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมชีวภาพของ Diego และผู้เขียนคนแรกในบทความScience "งานของเราแสดงให้เห็นว่ามีอีกเส้นทางหนึ่งไปข้างหน้า ไม่ใช่แค่ในทางทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติ เราแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะรักษาการกลายพันธุ์ของวงจรปิดไม่ให้เกิดขึ้น เราพบวิธีที่จะกดปุ่มรีเซ็ตบนนาฬิกาการกลายพันธุ์ต่อไป"

หากวิธีการของทีมสามารถปรับให้เหมาะสมสำหรับระบบสิ่งมีชีวิต ความหมายอาจมีนัยสำคัญในหลายสาขา เช่น การรักษามะเร็ง การบำบัดทางชีวภาพ และการผลิตโปรตีนที่มีประโยชน์และส่วนประกอบทางเคมี

กรรไกรกระดาษหิน

ในการสร้าง "ปุ่มรีเซ็ต" สำหรับนาฬิกาการกลายพันธุ์ นักวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลงระหว่างสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ แทนที่จะพยายามรักษาแรงกดดันที่เลือกไว้ที่ระดับของเซลล์แต่ละเซลล์ นักวิจัยได้สาธิตระบบวิศวกรรมระดับชุมชนโดยใช้ประชากรย่อย 3 กลุ่มของ E. coli ที่มีพลังอำนาจแบบ "กรรไกรตัดกระดาษ" ซึ่งหมายความว่าความเครียด "หิน" สามารถฆ่าสายพันธุ์ "กรรไกร" แต่จะถูกฆ่าโดยสายพันธุ์ "กระดาษ"

งานที่ตีพิมพ์ส่วนใหญ่มักจะเน้นที่กลยุทธ์การรักษาเสถียรภาพซึ่งทำหน้าที่ในระดับเซลล์เดียว แม้ว่าวิธีการเหล่านี้บางวิธีอาจเพียงพอในบริบทการรักษาที่ให้ไว้ แต่วิวัฒนาการบอกว่าวิธีการแบบเซลล์เดียวมักจะหยุดทำงานในบางจุด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการรักษาเสถียรภาพของกรรไกรตัดกระดาษ (RPS) ในระดับชุมชน จึงสามารถใช้ร่วมกับระบบใดๆ ก็ตามที่ทำงานในระดับเซลล์เดียวเพื่อยืดอายุการใช้งานได้อย่างมาก

การผลิตยารักษามะเร็งและส่งไปยังเนื้องอก

ในปี 2016 ในNatureนักวิจัยของ UC San Diego ที่นำโดย Hasty พร้อมด้วยเพื่อนร่วมงานที่ MIT ได้อธิบายถึง "วงจรสลายไขมันที่ซิงโครไนซ์" ที่สามารถนำมาใช้เพื่อส่งยาฆ่ามะเร็งที่ผลิตโดยแบคทีเรียที่สะสมในและรอบๆ เนื้องอก นี้จะนำกลุ่ม UC San Diego ที่จะมุ่งเน้นแพลตฟอร์มสลายตรงกันสำหรับการทดลองที่ตีพิมพ์ในวิทยาศาสตร์

การระเบิดที่ประสานกันเหล่านี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อถึงความหนาแน่นของเซลล์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าแล้วเท่านั้น ต้องขอบคุณฟังก์ชัน "การตรวจจับควอรัม" ที่รวมเข้ากับวงจรพันธุกรรมด้วย หลังจากการระเบิด ประมาณ 10% ของประชากรแบคทีเรียที่ไม่ระเบิดเริ่มเติบโตอีกครั้ง เมื่อความหนาแน่นของประชากรถึงความหนาแน่นที่กำหนดไว้อีกครั้ง ("การตรวจจับองค์ประชุมมากขึ้น") การระเบิดของยาอีกอันหนึ่งจะถูกกระตุ้นและกระบวนการที่เข้ารหัสโดยวงจรสลายที่ซิงโครไนซ์ของนักวิจัยจะเริ่มต้นใหม่

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายคือมะเร็งที่ฆ่าวงจรพันธุกรรม และวงจรพันธุกรรมอื่นๆ ที่สร้างขึ้นโดยนักชีววิทยาสังเคราะห์ ในที่สุดก็หยุดทำงานในแบคทีเรีย ผู้กระทำผิด. การกลายพันธุ์ขับเคลื่อนโดยกระบวนการวิวัฒนาการ

Hasty กล่าวว่า "ความจริงที่ว่าแมลงบางชนิดเติบโตตามธรรมชาติในเนื้องอก และเราสามารถออกแบบให้พวกมันผลิตและนำการรักษาเข้าสู่ร่างกายได้ ถือเป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับชีววิทยาสังเคราะห์ "แต่เราต้องหาวิธีที่จะทำให้วงจรพันธุกรรมทำงานต่อไป ยังมีงานที่ต้องทำ แต่เรากำลังแสดงให้เห็นว่าเราสามารถสลับประชากรและทำให้วงจรทำงานต่อไปได้ นี่เป็นก้าวสำคัญสำหรับชีววิทยาสังเคราะห์"

ความก้าวหน้าของการวิจัยทางชีวการแพทย์

หนึ่งในทีมวิจัยที่ทำงานเพื่อพัฒนาและใช้วงจรการแยกสลายแบบซิงโครไนซ์นั้นดำเนินการโดย Tal Danino ซึ่งปัจจุบันเป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ซึ่งได้ตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับการพัฒนาการรับรู้องค์ประชุมสำหรับชีววิทยาสังเคราะห์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของปริญญาเอกของเขาด้วย ที่ UC ซานดิเอโก

"เมื่อเร็ว ๆ นี้ Tal แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี lysis แบบซิงโครไนซ์สามารถนำมาใช้เพื่อส่งการบำบัดด้วยภูมิคุ้มกันไปยังเนื้องอกในหนู ตามความรู้ของฉัน พวกเขาเป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นว่าการผลิตยาจากแบคทีเรียและการนำส่งภายในเนื้องอกที่ได้รับการรักษาสามารถปรับเปลี่ยนระบบภูมิคุ้มกันเพื่อโจมตีเนื้องอกที่ไม่ได้รับการรักษา ผลลัพธ์นั้นน่าทึ่งมาก นอกจากนี้ ยังเน้นให้เห็นถึงความสำคัญของเราในการหาวิธีทำให้วงจรสลายให้ทำงานได้นานที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้” Hasty กล่าว

แนวทางปัจจุบันไม่ จำกัด เฉพาะระบบสามสายพันธุ์ ตัวอย่างเช่น จุลชีพแต่ละกลุ่มสามารถถูกตั้งโปรแกรมให้ผลิตยาที่แตกต่างกัน โดยเสนอศักยภาพของการบำบัดด้วยยาแบบผสมผสานที่แม่นยำเพื่อรักษามะเร็ง เป็นต้น

นักวิจัยได้ศึกษาพลวัตของประชากรโดยใช้อุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกที่อนุญาตให้มีปฏิสัมพันธ์ที่ควบคุมระหว่างประชากรย่อยต่างๆ พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าระบบแข็งแกร่งเมื่อทดสอบในหลุมขนาดใหญ่

ขั้นตอนต่อไปคือการรวมแนวทางกับแนวทางการรักษาเสถียรภาพมาตรฐานและสาธิตการทำงานของระบบในแบบจำลองสัตว์ที่มีชีวิต

"เรากำลังมาบรรจบกันบนแพลตฟอร์มการจัดส่งยาที่เสถียรอย่างยิ่งและนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวางสำหรับการบำบัดด้วยแบคทีเรีย" Hasty กล่าว

Hasty, Din และ Danino เป็นผู้ร่วมก่อตั้ง GenCirq ซึ่งเป็นบริษัทที่พยายามโอนสิ่งนี้และงานที่เกี่ยวข้องไปที่คลินิกสล็อตออนไลน์ 918kiss