Целью синтетической биологии, которая объединяет биологию с разработкой, являются к (ре) клетки программы, чтобы улучшить их работу в определенной задаче, или так, чтобы они могли эффективно выполнить новую задачу. Одна из проблем в этой дисциплине состоит в том, чтобы таким образом обойти ограничения существующих биологических систем. Например, трудно получить ту же самую экспрессию гена в различных клетках, даже если они выращены в той же самой среде.
Благодаря этим передовым технологиям исследователи в состоянии обеспечить гомогенный контроль клеточного процесса за очень длинный период.Исследователи от Института Пастера andInria, университета CNRS andParis Дидро и IST Австрия развивали две платформы, соединяющие микроскоп с компьютером. Клетки помещены в микрожидкое устройство, по которому может быть различна химическая окружающая среда, или клетки могут быть выставлены легким стимуляциям.
Компьютерная программа решает, какие модификации должны быть сделаны в химической или легкой окружающей среде согласно наблюдаемому поведению клеток и цели эксперимента. Компьютер также справляется с приобретением изображений микроскопом и их анализом, чтобы определить количество клеточных ответов в режиме реального времени.
В первой статье, исследователях от InBio – Экспериментальные и вычислительные методы для моделирования клеточной единицы процессов (Институт Пастера / Inria) и от двух групп в IST Австрия, Системы и Синтетическая Биология Генетической группы Сетей, возглавляемой C? lin К. Гует и группа Биофизики и Нейробиологии, возглавляемая Gaš за Tka? ik, использовали оптогенетику, чтобы активировать выражение гена, выставляя клетки свету. Флуоресцентный белок используется, чтобы измерить сумму произведенного белка. Диспетчер, используя модель системы, может тогда в режиме реального времени решить который динамические беспорядки примениться на основе ожидаемого будущего поведения клеток. Благодаря компьютерным программам, созданным исследователями, они могут управлять каждой клеткой индивидуально различными способами или создать виртуальную связь между несколькими клетками, которые распространяют сообщения в легко реконфигурируемом заказе. «Нам удалось построить платформу, разрешающую нам проектировать схемы, которые являются частично биологическими и частично виртуальными.
Виртуальные части этих схем могут быть произвольно изменены, чтобы быстро создать и исследовать клеточные поведения, даже вне того, что биологически возможно,» объясняет Джэйкоб Руесс, co-first автор первой статьи.Во второй статье Грегори Бэтт, глава отделения InBio и co-last автор с Паскалем Эрсаном (CNRS) Laboratoire Matiere и комплексов систем (CNRS/Париж Университет Дидро), объясняет, как им удалось поместить клеточную систему в нестабильную конфигурацию: «Мы проектировали компьютерную программу, которая стремится вынуждать клетки принять решения из двух альтернатив беспорядочно.
Чтобы сделать это, клетки ведут в область нестабильности – как альпинисты на горной линии горного хребта – и их тогда оставляют развиться свободно к одной из двух возможных стабильных конфигураций. Неожиданно, мы заметили, что данная стимуляция, если правильно выбрано, была способна к взятию групп различных клеток в область нестабильности и хранения их там.
Эти результаты могли помочь получению более ясного понимания того, как население клетки коллективно принимает прочные решения без отдельной координации».Научные достижения, описанные в этих статьях, были сделаны возможными союзом между двумя дисциплинами, которые сегодня дополнительны: биология и цифровые науки.
Тесное сотрудничество между Pasteur Institute и Inria, принимая форму InBio присоединяется к исследовательской группе, цель которой состоит в том, чтобы развивать методологическую структуру для достижения количественного понимания функционирования клеточных процессов, прекрасная иллюстрация ценности междисциплинарного исследования, объединяющего экспериментальные подходы с методологическими событиями.