新的微流体筛查装置可以加速细菌中的DNA插入

为了搜索用于微生物燃料电池的理想细菌，来自麻省理工学院的研究人员开发了一种新的微流体装置，可快速排序和识别各种菌株。这项技术可能导致碳中性的碳中性方法从废水中收获电网的能量，也可能对医生更快地识别致命感染的医生有用。

基因工程任何生物都需要首先使其细胞接受外国DNA。为此，科学家们经常进行称为电穿孔的过程，其中它们将细胞暴露于电场。

如果该场处于正确的幅度，它将在细胞膜内打开孔，DNA可以流动。但它可以服用科学家们几个月甚至几年到P出来的精确电场条件，以可逆地解锁膜的毛孔。

由麻省理工学院工程师开发的新型微流体装置可以帮助科学家们在电场“甜蜜点” - 电位范围内，无害，暂时打开膜毛孔，让DNA在。原则上，简单的装置可以是用于任何微生物或细胞，显着加速基因工程的第一步。

“我们正在努力减少所需的实验金额，”麻省理工学院机械工程机械工程副教授Cullen Buie说。“我们对此设备和未来迭代的大愿景是能够采取通常需要数月或数年的过程，并在一两天内完成。”

Buie和他的同事，包括Postdoc Paulo Garcia，Gradiets Zhifei Ge和讲师Jeffrey Moran，本周在Constricific报告中发表了他们的结果。

听到MIT副教授Cullen Buie的研究进入一种新型方法，以快速排序和识别各种细菌菌株，这可能在更快地识别致命感染。视频：机械工程/麻省理工学院

“盲目猜测”

目前，科学家可以订购各种电穿孔系统 - 具有一套渗透生物的细胞膜的一套说明书的简单仪器。每个系统可以包括大约100种不同生物的指令，例如细菌和酵母的菌株，每种菌株需要独特的电场和一组渗透的实验条件。然而，Buie表示已知这些指令的生物的数量，而是自然中实际存在的一小部分。

“我们无法访问了一系列巨大的生物化，”布莉说。“部分问题是，我们甚至无法获得DNA，更少少表达了生物体。并且用于电穿孔，搜索可能工作的条件就像在黑暗中的镜头。“

为了工作的电穿孔，所施加的电场必须足够强，以暂时刺破膜，但不能永久地这样做，这将导致细胞死亡。

“就像手术一样 - 这是漂亮的侵入性，”布莉说。“杀死它们之间有一个甜蜜的位置，而且根本没有影响他们，你需要发现能够可逆地打开它们，这就足够了，以便DNA进入，他们自己重新盯着。”

电场是否渗透膜也取决于细胞的周围条件。科学家们还必须尝试使用​​诸如电池溶液的组成等参数以及应用电场的方式。

“对于一个新的生物体，它可以带你几个月或几年来开发新的条件，以便细胞很高兴，并将在合影过程中生存，并将吸收DNA，”Buie说。

一个范围

本集团的新型微流体设备可能会显着缩短识别这些理想条件所需的时间。该设备由使用软光刻创建的频道组成。通道在中间缩小。当电场应用于该装置时，通道的几何形状导致该字段表现出一系列电位，最高位于通道最窄的区域。

研究人员通过装置流过几种细菌细胞菌株并将细胞暴露于电场。然后它们加入了在DNA存在下亮起的荧光标记物。如果电场成功渗透细胞，则它们将在荧光标记中置于荧光标记物中，然后将其响应于细胞的遗传物质而亮起。为了识别能够打开细胞膜的电位的大小，研究人员简单地标记了沿着通道的每个荧光细胞的位置。

“在一个实验中，就在打开毛孔上是否有成功的情况而言，您可以测试一系列电场并几乎立即获取一些信息，”布莉说。“所以现在，在您的搜索过程中，您不需要运行一堆不同的实验并单独测试不同的电场。你可以一次完成它，它的点亮亮起。”

研究人员成功地渗透了大肠杆菌和分枝杆菌的菌株，同一个家庭中的细菌作为导致结核病的生物 - 一个膜，Buie所说的家庭是“臭名昭着的困难”渗透。

本集团的第一组实验涉及打开孔隙以取代荧光标记物 - 略小于DNA的分子。研究人员还在实验中进行实验，其中它们在编码抗生素抗性的DNA存在下将电场施加到细菌细胞中。该团队检查细胞通过从装置中取出并在具有抗生素的单独板上生长它们的细胞占用DNA - 一种称为连杆测试的标准程序。他们发现细胞能够再现 - 一种成功掺入DNA的标志，并且膜封闭。

“目前，由于可用于将DNA引入细胞的技术的限制，只有有限数量的细胞类型可以遗传修改，”Garcia说。“我们开发了一种微流体装置，可促进许多不同细胞类型的基因工程。通过调解新细胞类型的基因工程，这项技术将有助于药物发现，再生医学，癌症治疗和DNA疫苗接种区域。

该研究部分受到DARPA和国家科学基金会的支持。

出版物：Paulo A. Garcia等，“电场的微流体筛选电场，”科学报告6，物品编号：21238（2016）; DOI：10.1038 / srep21238