XenobiologyThe development of synth

Xenobiology

The development of synthetic genetic materials (xeno-nucleic acids or XNAs) by systematically engineering DNA polymerases [1] is a clear example of the power of directed evolution for synthetic biology, and the first step towards developing an organism based on a synthetic genetic material.

Directed evolution of DNA polymerases for XNA synthesis was achieved through selection, by compartmentalised self-tagging (CST), and high throughput screening [1]. CST is an emulsion-based selection platform developed to allow the isolation of thermophilic DNA polymerases capable of incorporating modified nucleotides. Reminiscent of a primer extension assay, active polymerase variants incorporate the modified nucleotides provided extending a biotinylated primer against their own plasmids – extension of the primer stabilises its hybridization to the plasmid used as template. Recovery of the biotinylated primers leads to recovery of stably hybridised plasmids, and thus the recovery of the genotype of active polymerase variants.

Two rounds of selection were sufficient to allow the isolation of DNA polymerase variants capable of synthesising a number of XNAs, including hexitol nucleic acids (HNA), ‘locked’ nucleic acids (LNA), fluoroarabino nucleic acids (FANA) as well as a number of 2’-modifications (e.g. RNA, 2’-fluoro-DNA, 2’-azido-DNA) [1,2]. Together with a rationally designed polymerase variant capable of synthesising DNA from an XNA template, a total of eight synthetic genetic systems were established, with potential application in diagnostics and therapeutics through aptamer selection and nanotechnology [4].

This approach not only enabled the development of the first synthetic genetic materials, but also identified a novel region in the DNA polymerase involved in substrate recognition and discrimination [2]. In addition, development of synthetic genetic systems allows exploration of the boundary conditions of chemical information storage [3]. Although the engineered polymerases were capable of synthesising XNAs in a test tube environment, considerable work is still required before XNA polymerases will be capable of functioning within a true biological system.

Our goal is to further engineer biological parts involved in the storage, maintenance and interpretation of chemical information with a view towards learning how these systems emerged (or could emerge) and towards assembling synthetic components orthogonal to (i.e. independent and unable to interact with) biology

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Xenobiologyการพัฒนาทางพันธุกรรมวัสดุสังเคราะห์ (กรด xeno nucleic หรือ XNAs) โดยระบบวิศวกรรมดีเอ็นเอ polymerases [1] เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการใช้พลังงานของวิวัฒนาการโดยตรงสำหรับชีววิทยาสังเคราะห์ และขั้นพัฒนาสิ่งมีชีวิตเป็นไปตามพันธุกรรมวัสดุสังเคราะห์วิวัฒนาการโดยตรงของดีเอ็นเอ polymerases สำหรับ XNA สังเคราะห์สำเร็จผ่านการคัดเลือก โดยการ compartmentalised ตนเองแท็ก (CST), และอัตราความเร็วสูงที่คัดกรอง [1] CST เป็นแพลตฟอร์อิมัลชันคะแนนเลือกพัฒนาให้แยกของดีเอ็นเอ thermophilic polymerases ความสามารถในการผสมผสานปรับเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์ ชวนให้นึกถึงของรองพื้นนามสกุล assay รวมพอลิเมอเรสที่ใช้ย่อยนิวคลีโอไทด์ที่แก้ไขให้ขยายแนว biotinylated กับ plasmids ตนเอง – ขยายพื้น stabilises การ hybridization ที่ plasmid ที่ใช้เป็นแม่แบบ การกู้คืนของไพรเมอร์ biotinylated สู่ plasmids hybridised สามารถกู้คืน และการฟื้นตัวของจีโนไทป์ของย่อยพอลิเมอเรสที่ใช้งานอยู่รอบสองของการเลือกเพียงพอให้แยกส่วนย่อยดีเอ็นเอพอลิเมอเรสที่สามารถ synthesising จำนวน XNAs รวมทั้งกรดนิวคลีอิก hexitol (HNA), 'ปิด' กรดนิวคลีอิก (LNA), กรดนิวคลีอิก fluoroarabino (FANA) เป็นเลข 2'-การปรับเปลี่ยนเช่น RNA, 2'-ฟลูออโรดีเอ็นเอ 2'-azido-ดีเอ็น) [1, 2] ร่วมกับตัวพอลิเมอเรสแบบ rationally แปรสามารถ synthesising ดีเอ็นเอแม่แบบ XNA รวมแปดระบบพันธุกรรมสังเคราะห์ก่อตั้ง ด้วยโปรแกรมที่มีศักยภาพในการวินิจฉัยและบำบัดผ่านเลือก aptamer และนาโนเทคโนโลยี [4]วิธีการนี้ไม่เพียงเปิดใช้งานการพัฒนาของวัสดุทางพันธุกรรมสังเคราะห์แรก แต่ยัง ระบุภูมิภาคนวนิยายในพอลิเมอเรส DNA ที่เกี่ยวข้องในการรับรู้พื้นผิวและการเลือกปฏิบัติ [2] นอกจากนี้ การพัฒนาระบบพันธุกรรมที่สังเคราะห์ช่วยให้การสำรวจขอบเขตเงื่อนไขของการจัดเก็บข้อมูลทางเคมี [3] แม้ว่าจะ polymerases วิศวกรรมสามารถ XNAs synthesising ในสภาพแวดล้อมหลอดทดลอง งานมากยังคงจำเป็นก่อน XNA polymerases จะสามารถทำงานได้ในระบบอวัยวะจริงเป้าหมายของเราคือการ เพิ่มเติม วิศวกรชีวภาพส่วนที่เกี่ยวข้องในการจัดเก็บ การบำรุงรักษา และตีความข้อมูลทางเคมีมีมุมมอง ต่อการเรียนรู้ว่าระบบเหล่านี้โผล่ออกมา (หรืออาจโผล่ออกมา) และ ต่อประกอบสังเคราะห์ประกอบมุมฉาก (นั่นคืออิสระ และไม่สามารถโต้ตอบกับ) ชีววิทยา

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

xenobiologyการพัฒนาวัสดุพันธุกรรมสังเคราะห์ ( ซีโนกรดนิวคลีอิกหรือ xnas ) โดยมีระบบวิศวกรรมสำนักงานปลัดกระทรวงศึกษาธิการ [ 1 ] เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของอำนาจกำกับวิวัฒนาการชีววิทยาสังเคราะห์และขั้นตอนแรกในการพัฒนาสิ่งมีชีวิตบนพื้นฐานสังเคราะห์ทางพันธุกรรมกำกับวิวัฒนาการของสำนักงานปลัดกระทรวงศึกษาธิการ สำหรับการสังเคราะห์ XNA ทำผ่านการคัดเลือก โดย compartmentalised ตนเองติดป้าย ( CST ) และผ่านการคัดกรองสูง [ 1 ] CST เป็นอิมัลชันโดยการเลือกแพลตฟอร์มที่พัฒนาเพื่อให้แยก ของสำนักงานปลัดกระทรวงศึกษาธิการ และสามารถผสมผสานนิวคลีโอไทด์ แก้ไข รำลึกของไพรเมอร์ในการขยายงานโดยรวมปรับเปลี่ยนขนาดให้ขยายไลเมอร์กับตนเอง ) –ส่วนขยายของไพรเมอร์ของ stabilises hybridization กับพลาสมิดที่ใช้เป็นแม่แบบ การกู้คืนของไพรเมอร์ไลนำไปสู่การฟื้นตัวของเสถียร hybridised พลาสมิด และดังนั้น การฟื้นตัวของจีโนไทป์ของการใช้งาน โดยตัวแปรสองรอบของการคัดเลือกเป็นเพียงพอเพื่อให้แยกสายพันธุ์ DNA polymerase สามารถสังเคราะห์จำนวน xnas รวมทั้ง hexitol กรดนิวคลีอิกกรดนิวคลีอิก ( ชั่น ) , " ล็อค " ( LNA ) fluoroarabino กรดนิวคลีอิก ( ฟาน่า ) รวมทั้งหมายเลข 2 " - การแก้ไข ( เช่น RNA , 2 " - fluoro ดีเอ็นเอ , 2 " - azido ดีเอ็นเอ ) [ 1 , 2 ] พร้อมกับออกแบบได้โดยตัวแปรสามารถสังเคราะห์ดีเอ็นเอจาก XNA แม่แบบทั้งหมดแปดสังเคราะห์ระบบพันธุกรรมขึ้นที่มีศักยภาพการประยุกต์ใช้ในการวินิจฉัย และการรักษาผ่านการคัดเลือก aptamer และนาโนเทคโนโลยี [ 4 ]วิธีนี้ไม่เพียง แต่ทำให้การพัฒนาทางพันธุกรรมแรกสังเคราะห์วัสดุ แต่ยังระบุภูมิภาคใหม่ใน DNA polymerase ที่เกี่ยวข้องในการรับรู้ ( การเลือกปฏิบัติ [ 2 ] นอกจากนี้การพัฒนาระบบพันธุกรรมสังเคราะห์ช่วยให้สำรวจขอบเขตเงื่อนไขของเคมี การจัดเก็บข้อมูล [ 3 ] ถึงแม้ว่าการออกแบบ polymerases สามารถสังเคราะห์ xnas ในหลอดทดลอง สิ่งแวดล้อม งานมากก็ต้อง polymerases ก่อนที่ XNA จะสามารถทํางานในระบบชีวภาพจริงเป้าหมายของเราคือเพื่อเพิ่มเติมวิศวกรชีวภาพ ส่วนเกี่ยวข้องในการจัดเก็บ บำรุงรักษา และการตีความข้อมูลทางเคมีที่มีมุมมองที่มีต่อการเรียนรู้ว่าระบบเหล่านี้เกิดขึ้น ( หรืออาจเกิด ) และต่อประกอบชิ้นส่วนซึ่งจะสังเคราะห์ ( เช่น อิสระ และไม่สามารถโต้ตอบกับ ) ชีววิทยา