에서 DNA가 MicroGravity에서 사용하도록 설계된 Oligonucleotide 신시사이저를 의미합니다. 즉, 임의의 DNA 가닥 (중간간 길이)을 공간에서 만드는 장치입니다. 놀라운 ~? 나는 스탠포드 학생 공간 이니셔티브의 일환으로 동료 해커의 멋진 팀으로 지난 8 개월 동안이 프로젝트를 해왔습니다. 우리가 무엇을하고 있는지, 우리가 이미 한 일을 공유하고 싶습니다. 우리가가는 곳.
왜 공간? 글쎄, 우선, 공간은 멋지다. 그러나보다 진지하게, 우주에서의 임의의 DNA에 대한 접근은 유전자의 분야에서 연구를 가속화 할 수 있으며, 유전자 학적으로 박테리아를 생산하기 위해 박테리아가 생산하는 능력 (화성 식민지에서는 죽음의 차이와 생명을 구하는 샷)을 의미 할 수 있습니다. 간단히 말해서, 정확한 DNA가 연구 또는 실제 사용 전에 필요할 수있는 정확한 DNA를 예측하기가 어렵습니다.
첫째, Hackaday가 생물학 용어에 대해 약간의 빛이되는 경향이 있으므로 우리는 의사 소통의 방식을 기름칠하는 방식에서 조금 어휘를 얻을 필요가 있습니다. Ph.D. 합성 생물학 에서이 섹션을 건너 뛸 수 있습니다. 그렇지 않으면 여기에 당신의 두뇌를 더 크게 만드는 5 가지 빠른 용어가 있습니다!
데 옥시 리보 핵산 (DNA)
DNA는이 프로젝트의 초점이므로 진행하기 전에 DNA를 이해하는 것이 가장 중요합니다. 그러나 대부분의 고등학교 생물학 과정에서 DNA를 보았으므로 짧고 간단하게 유지할 것입니다.
첫째, DNA는 뉴클레오타이드로 구성된 중합체입니다. 뉴클레오타이드는 DNA의 빌딩 블록이며, 4 개의 뉴 클레오 가스 – 시토신 (C), guanine (g), 아데닌 (A) 또는 티민 (t) – 데 옥시보 (deoxyribose)라고 불리는 설탕 및 인산염을 포함한다. 다른 뉴클레오타이드는 상응하는 뉴클레오타이드 (A ~ T; C ~ G)에 상이한 DNA의 상이한 뉴클레오타이드 (A ~ C ~ G)에 단위로 결합 될 수있다. DNA 가닥의 염기가 다른 가닥의 염기 보완 요소이면, 2 개의 중합체는 결합하여 이중 가닥 DNA를 형성 할 수있다. 그리고 한 번 더 많은 참고 사항 : DNA는 두 가지 종단이 있습니다. 3 개의 프라임 (3 ‘) 끝과 5 개의 프라임 엔드 (5’).
올리고 뉴클레오타이드 (Ah-Li-Go-New-Klee-o- 조류)
올리고 뉴클레오타이드는 짧은 DNA 또는 RNA 분자이며 일반적인 연구, 유전 적 검사 및 생물 공학에서 매우 유용합니다. 올리고의 길이 (올리고 뉴클레오타이드에 대한 짧은)는 일반적으로 30 염기가있는 올리고의 경우 30-mer 또는 D30으로 표시됩니다. DNA의 가닥이 올리고로 간주되어야 하는가? 글쎄, 우리가 왔을 때 … DNA 합성에서 그렇게 좋지 않다고 말하고, 올리고 뉴클레오타이드는 2-50 범위에 단단히 컸다. 그러나, 포스 포르 아미드 (무기 DNA 합성 방법)의 출현으로 올리고 뉴클레오타이드는 길이가 2-1000 + 기지의 범위 일 수있다.
호모 중합체
올리고 뉴클레오타이드는 단지 하나의 유형의 염기 (예를 들어, AAAAAA와 반대되는 AAAAAA)로 이루어진다.
터미널 데 옥시 뉴 클레오 딜 송수제 (TDT)
일반적으로 TDT로 축약 된 말단 Deoxynucleotidyl Transferase는 특정 조건이 충족 될 때 DNA 스트랜드의 3 ‘끝에 임의의 뉴클레오타이드를 첨가 할 수있는 중합 효소 – 유사 효소이다. TDT는 4 개의 뉴클레오타이드를 모두 추가 할 수 있지만 guanine (g) 및 시토신 (c)에 대한 선호도를 보여줍니다. TDT는 미성숙하고, 사전 B 및 Pre-T 림프체 세포에서 자연적으로 발견 될 수 있으며, DNA의 3 ‘(3 개의 프라임) 끝에 기지를 첨가함으로써 면역 체계에 대한 유전 적 다변화를 수행 할 수 있습니다.
Sybr Green I.
SYBR (사이버처럼 발음)은 청색광을 흡수하고 녹색 빛을 방출하는 DNA 염료 복합체를 형성하는 DNA에 결합하는 분자입니다. 또한, SYBR은 이중 가닥 DNA에 우선적으로 결합하지만 단일 가닥 DNA를 더 적게 결합시킬 것입니다.
공간에서 DNA를 만드는 목표
이제 우리는 같은 언어를 말하고 있으므로 효소 적으로 임의의 DNA를 만드는 목표를 살펴 보겠습니다. 그게 정확히 무엇을 의미하는지, 그리고 왜 공간이 있습니까? 좋아,이 단어를 말로 가져 가자.
임의의 : 우리의 공정은 단순히 DNA (PCR과 같이)의 사본을 만드는 것이 아니라 대신 컴퓨터에 입력 할 수있는 모든 시퀀스 (예 : AGCTATC)를 생성해야합니다 (물리적으로 존재할 수 있습니다).
DNA : 나는 이것을 알게된다고 생각합니다
우주에서 : 명백한 의미 : 우리는 최종 장치가 모든 종류의 물리적 및 화학적 제한을 부과하는 공간에서 일하기를 원합니다.
효소 적으로 : 우리는 위험하고 자원 집중 포스 포라 미드 메소드 대신 효소를 사용하여 DNA 합성 방법을 사용하고자합니다.
MicroGravity에서 맞춤 DNA를 제조하는 능력을 첨가하면 지구에서 멀리 생존 할 수있는 능력에서 실질적인 도약을 의미 할 수 있습니다. OSM은 다른 행성에서 생활을 지원할 때 우리가 새로운 환경에서 직면 할 수없는 문제에 대한 바이오 헤이커의 툴킷으로 사용됩니다.
요약하면 새로운 효소 기반 방법으로 까다로운 공간 환경에서 정의 가능한 올리고 뉴클레오타이드를 만들고 싶습니다. 그들은 당신의 목표를 높게 설정 했습니까?
최소한의 생존 가능한 제품 (MVP)
좋아, 어쩌면 그렇게 높지 않을거야. 적어도 처음에는 아닙니다. 모든 또는 아무 것도하지 않고, 우리는 반복적 인 접근 방식을 선택하도록 선택했습니다. 이제 우리는 “최소한의 실행 가능한 제품”을 시작하는 작업을 수행하고 있습니다.몇 가지 이유 :
지금까지 우리의 업무를 검증하기 위해서
공간 준비 디자인으로 편안하게됩니다
실제 공간 데이터를 얻으려면
미래 발사를위한 신뢰성을 얻으려면
MVP 프로세스
이것이 우리의 최소한의 실용적인 제품이기 때문에 우리는 우리의 전반적인 목표에서 작은 물기를 꺼내고 있습니다. 따라서 우리의 MVP는 완전히 임의의 DNA를 생성하는 것이 아니라 기존의 올리고의 끝에서 단독 중합체를 합성 할 것입니다. 우리는 그 시퀀스를 완벽하게 제어 할 수 없지만 우리는 우리의 일의 개념의 증명을 보여줄 것입니다.
첫째, 솔루션에서 DNA의 단독 중합체 아데닌 (A) 가닥이 시작됩니다. 일단 공간에서 온도를 높이고 TDT가 가닥에 티민 (T)을 추가 할 수있게합니다.
티민 (T)과 아데닌 (A)은 상보적인이기 때문에 단일 가닥 DNA는 이중 가닥 DNA를 형성해야합니다.
그런 다음 솔루션에 이중 가닥 DNA가 있는지 확인하기 위해 SYBR GREEN I을 사용하여 솔루션에 이중 가닥 DNA가 있는지 확인하여 실험이 작동하는지 확인합니다. 이것은 SYBR이 DNA에 묶여있는 경우 SYBR이 두 번 가닥 DNA에 우선적으로 바인딩되기 때문에 작동합니다. 이 검증 단계는 우리가 무인이 될 것이기 때문에 믿을 수 없을 정도로 중요하며, 검증없이 과학이 진짜로 과학이 아닌 것은 아닙니다.
또한, 헤어핀 DNA 또는보다 공식적으로, 줄기 루프 분자 내 기지 쌍은이 디자인으로 가능한 문제로서 일어 났는 것입니다. DNA가 자체적으로 결합하면 다른 가닥과 결합 할 수 없습니다. 문제처럼 들리는 소리, 그렇지? 그러나 자세히 살펴보십시오 : DNA가 그 자체와 결합하면 우리가 “적절한”이중 가닥 DNA가 아닌 머리핀을 형성하더라도 우리는 여전히 우리가 탐지 할 수있는 이중 가닥 DNA를 가지고 있습니다.
검토에서 우리는 공간에서 DNA를 합성하기 위해 전기 영동에 사용되는 겔에 사용되는 염색 젤에 일반적으로 사용되는 분자 인 SYBR 녹색 I로 일반적으로 사용되는 분자 인 효소를 사용하고 있습니다.
이제이 소리가 실제로 간단하지만 합성 생물학은 항상 간단합니다. 그러나, 생물학 경험에서는 아무 것도 간단하지 않습니다. 모든 종류의 데이터가 필요하므로 장치가 작동 할 수 있습니다. 지금까지 우리가 한 일 :
머리핀 생존력 데이터
우리는 모든 뉴클레오타이드를 효과적으로 그리고 모든 뉴클레오타이드를 사용하여 TDT로 단독 중합체를 합성 할 수 있음을 확인했다.
우리의 시약의 장기적인 호환성 (2 개월 이상에 앉아있을 수 있음)
SYBR 녹색 I의 온도 의존성 탐험
SYBR 녹색으로 단일 가닥과 이중 가닥 DNA의 차이를 발견 할 수있는 수준을 결정했습니다.
MVP 디자인
초기 개념 디자인 시각화 (전체 애니메이션 22MB를 보려면 클릭하십시오)
공간에서 효소와 일하는 것은 어렵습니다. TDT는 특히 제어 된 온도, 완충액 솔루션 및 비금속 용기가 필요하며 공간에서 한 달 이상 유지됩니다. 또한 보드에 검증 시스템이 필요하므로 샘플에 대한 깨지기 쉬운 필터와 시각적 액세스가 필요합니다.
우리의 초기 설계는 펠티에 모듈에 의해 가열 된 알루미늄 열 등화제로 둘러싸인 50μL PDMS (명확한 바이오 안전 실리콘계 유기 고분자) 반응 챔버를 특징으로합니다. Peltier 모듈은 현재 우리의 발사 조건이 무엇인지 모르겠지만, 더 많은 응용 분야보다는 일반적인 방열판으로부터 열을 옮기거나 흡수합니다. 또한, 포토 다이오드, 필터 및 LED는 PDMS 반응 챔버를 포옹하여 형광 테스트가 실험적 성공을 검증 할 수 있도록합니다.
MVP를 넘어서는
우리의 MVP가 우리의 궁극적 인 목표에 대한 스테핑 스톤 일 때, 우리는 모든 종류의 다른 것들을 위해 노력해 왔습니다. 예를 들어, 공간에서 일반적으로 사용되는 기존의 미세 유체 장치의 대기로 유전체 장치 (오른쪽 참조)에서 일하고 있습니다.
μWet, 그것이 작고 젖어 있기 때문에
우리는 또한 Pyrosequencing 및 자성 구슬에 대한 합성을 탐구했습니다. 또한 DNA에 대해서는 대화를 촉진하기 위해 맨손 DNA 시각화 소프트웨어를 많이 만들었습니다. 이 기사의 DNA 사진은이 소프트웨어에 의해 생성되었습니다.)
그러나 우리가 온 것처럼 우리는 여전히 우리의 디자인을 뿜어 내고 당신이 가질 수있는 아이디어를 사랑할 것입니다. 특히 1mil 최소 추적 간격을 갖는 PCB 제조업체를 찾는 데 문제가 있습니다. 팁, 조언 및 건강한 대화는 모두 아래의 의견으로 환영합니다.