زیست شناسی مصنوعی

قسمت پنجم از مبحث استانداردسازی

استانداردسازی تعیین خصوصیات و گزارش اطلاعات - بخش دوم

وجود مقیاس‌های مختلف مطلق و نسبی با ویژگی‌های متفاوت، یکی از مشکلات مهم در مسیر استانداردسازی تعیین خصوصیات قطعات است [1,2,3]. برای مثال جهت اندازه گیری سرعت آغاز رونویسی در پروموتور های مختلف مقیاس‌های متفاوتی چون “specific fluorescence”[4]، “specific productivity”[5]، “relative promoter activity”[3,6]، “fluorescence”[7,8] و “promoter strength” [9,10] به کار رفته‌است.


تاکنون تلاش‌هایی برای استانداردسازی مقیاس گزارش کارآیی یک قطعه انجام شده‌است. برای مثال، واحدی استاندارد بنام Polymerase Per second یا PoPS معرفی شده، اما به دلیل سخت بودن شرایط راه‌اندازی آزمایشگاهی، به صورت گسترده کاردبرد ندارد[3].

مشکل مهم دیگر عدم پایداری و پیش‌بینی‌‌‌پذیری سیستم‌های مبتنی بر زیست‌شناسی صناعی، در شرایط مختلف است و عملکرد سیستم پس انتقال از فاز آزمایشگاهی به فاز صنعتی متفاوت خواهد بود که همین امر باعث عدم اطمینان صنعت به این حوزه می‌شود. برای جلوگیری از بروز چنین مشکلی متعامد بودن مدارهای ژنتیکی تعبیه شده بسیار با اهمیت است[11] و لازم است تا مسیر صناعی تعبیه شده هیچ گونه بر هم کنشی با مسیرهای پیغام‌رسانی طبیعی سلول نداشته باشد.

با مدل کردن سیستم می‌توان پایداری سیستم و رفتار آن را در شرایط مختلف پیش بینی کرد [12] و از بروز اتفاقات غیر منتظره جلوگیری کرد.

نحوه گزارش اطلاعات مربوط به هر قطعه بسیار با اهمیت است تا هر قطعه بتواند به صورت متعدد و در موارد مختلف مورد استفاده بگیرد. تا کنون فرمت‌های مختلفی برای گزارش این اطلاعات پیشنهاد شده است، اما برای استانداردسازی این اطلاعات لازم است تا حداقل اطلاعات مورد نیاز مشخص شود. حداقل اطلاعات مورد نیاز مشخص می‌کند که گزارشِ دقیقاً چه مقدار از اطلاعات، برای افزایش قابلیت استفاده و استفاده مجدد “ضروری است”.

تا کنون حداقل اطلاعات مورد نیاز برای داده‌های ژنوم و متاژنوم (MIGS و MIMS) [13]، میکروارایه و آزمایش‌های پروتئومیکس ([14]MIQE، [15] MIAMET، MIAME [16]و [17] MIAP) و… ارائه شده است، اما به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد[18]. با توسعه SyBiOnt که یک هستی‌شناسی کاربردی جهت تسهیل مدلسازی اطلاعات قطعات زیستی و رابطه بین آن‌هاست[19] و DICOM-SB که یک استاندارد جدید برای نمایش و ارتباط قطعات بیولوژیک است[20] پیشرفت بزرگی به وقوع پیوسته است.

جمع بندی

نبود استانداردهای مدون و در نتیجه کاهش تکرار‌‌‌پذیری، همواره مانع پیشرفت زیست شناسی در دانشگاه ‌و صنعت بوده‌است. در چند سال گذشته، با گسترش زیست شناسی صناعی، دانشمندان قصد پیاده سازی مفاهیم و روش‌های مهندسی، از جمله استانداردسازی، در زیست شناسی دارند.

تاکنون تلاش‌های زیادی در جهت استانداردسازی بخش‌های مختلف زیست شناسی صناعی انجام شده و حتی موسساتی چون NIST رهبری تعیین و طرح استانداردسازی در زیست شناسی صناعی، از استانداردهای قطعات DNA تا استانداردهای مستندسازی، برعهده گرفته‌اند[21,22].

برای اشتراک اطلاعات و قطعات زیستی پایگاه‌های داده بسیاری از جملهVirtual Parts Repository (sbol.ncl.ac.uk)، Registry of Standard Biological Parts (parts.igem.org)، Joint BioEnergy Institute’s Inventory of Composable Elements (JBEI-ICE; acs-registry.jbei.org) و Standard European Vector Architecture 2.0 database (SEVA-DB 2. 0, seva.cnb.csic.es) شکل گرفته که می‌توانند در ایجاد روش‌های مشترک و استانداردسازی بسیار مؤثر باشند.

به دلیل پیچیدگی بسیار سیستم‌های زیستی، راه زیادی تا استانداردسازی باقی مانده است؛ و عواملی چون عدم شفافیت در ارائه اطلاعات به وسیله محققان و شرکت‌های فعال، مانعی مهم در این مسیر هستند. گرچه به دلیل افزایش آگاهی از فواید استانداردسازی و اتوماسیون فرآیندها، تکامل به سمت استاندارسازی‌های گسترده‌‌‌تر اجتناب ناپذیر است، اما هنوز راه زیادی باقی مانده است. به همین منظور لازم است تا مجلات و آژانس‌های تأمین مالی، بیشتر از مقالات و تحقیقات استاندارد حمایت کنند.
در نهایت با افزایش پیش بینی‌‌‌پذیری فرآیند‌ها به وسیله استانداردسازی، رشته‌های مختلفی علاوه بر زیست‌شناسی صناعی از این موضوع بهره خواهند برد، که از جمله آن‌ها می‌توان به بیوتکنولوژی صنعتی اشاره کرد.

نویسنده: یاسمن اسعدی

منابع:

1. Canton B, Labno A, Endy D. Refinement and standardization of synthetic biological parts and devices. 2008;26(7):787–93.

2. Nielsen AAK, Der BS, Shin J, Vaidyanathan P, Paralanov V, Strychalski EA, et al. Genetic circuit design automation. Science (80- ) [Internet]. 2016 Apr 1 [cited 2020 Jun 9];352(6281):aac7341–aac7341. Available from: https://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aac7341

3. Kelly JR, Rubin AJ, Davis JH, Ajo-Franklin CM, Cumbers J, Czar MJ, et al. Measuring the activity of BioBrick promoters using an in vivo reference standard. J Biol Eng [Internet]. 2009 Apr 20 [cited 2020 Jun 10];3(1):4. Available from: http://jbioleng.biomedcentral.com/articles/10.1186/1754-1611-3-4

4. Green fluorescent protein in Saccharomyces cerevisiae: real-time studies of the GAL1 promoter | Request PDF [Internet]. [cited 2020 Jun 10]. Available from: https://www.researchgate.net/publication/12349065_Green_fluorescent_protein_in_Saccharomyces_cerevisiae_real-time_studies_of_the_GAL1_promoter

5. Huber R, Roth S, Rahmen N, Büchs J. Utilizing high-throughput experimentation to enhance specific productivity of an E.coli T7 expression system by phosphate limitation. BMC Biotechnol [Internet]. 2011 Mar 17 [cited 2020 Jun 10];11(1):22. Available from: https://bmcbiotechnol.biomedcentral.com/articles/10.1186/1472-6750-11-22

6. Song Y, Nikoloff JM, Fu G, Chen J, Li Q, Xie N, et al. Promoter Screening from Bacillus subtilis in Various Conditions Hunting for Synthetic Biology and Industrial Applications. Isalan M, editor. PLoS One [Internet]. 2016 Jul 5 [cited 2020 Jun 10];11(7):e0158447. Available from: https://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0158447

7. Redden H, Alper HS. The development and characterization of synthetic minimal yeast promoters. Nat Commun. 2015 Jul 17;6(1):1–9.

8. Blazeck J, Liu L, Redden H, Alper H. Tuning gene expression in yarrowia lipolytica by a hybrid promoter approach. Appl Environ Microbiol. 2011 Nov 15;77(22):7905–14.

9. Mishra S, Anand D, Vijayarangan N, Ajitkumar P. An Accurate Method for the Qualitative Detection and Quantification of Mycobacterial Promoter Activity. Open Microbiol J. 2013 Jan 21;7(1):1–5.

10. Alper H, Fischer C, Nevoigt E, Stephanopoulos G. Tuning genetic control through promoter engineering. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Sep 6;102(36):12678–83.

11. Segall‐Shapiro TH, Meyer AJ, Ellington AD, Sontag ED, Voigt CA. A ‘resource allocator’ for transcription based on a highly fragmented T7 RNA polymerase . Mol Syst Biol. 2014 Jul;10(7):742.

12. Lee Y, Lafontaine Rivera JG, Liao JC. Ensemble Modeling for Robustness Analysis in engineering non-native metabolic pathways. Metab Eng. 2014;25:63–71.

13. Field D, Garrity G, Gray T, Morrison N, Selengut J, Sterk P, et al. The minimum information about a genome sequence (MIGS) specification. Vol. 26, Nature Biotechnology. Nature Publishing Group; 2008. p. 541–7.

14. Bustin SA, Benes V, Garson JA, Hellemans J, Huggett J, Kubista M, et al. The MIQE Guidelines: Minimum Information for Publication of Quantitative Real-Time PCR Experiments. Clin Chem [Internet]. 2009 Apr 1 [cited 2020 Jun 10];55(4):611–22. Available from: https://academic.oup.com/clinchem/article/55/4/611/5631762

15. Jenkins H, Hardy N, Beckmann M, Draper J, Smith AR, Taylor J, et al. A proposed framework for the description of plant metabolomics experiments and their results. Vol. 22, Nature Biotechnology. Nature Publishing Group; 2004. p. 1601–6.

16. Dondrup M, Albaum SP, Griebel T, Henckel K, Jünemann S, Kahlke T, et al. EMMA 2 – A MAGE-compliant system for the collaborative analysis and integration of microarray data. BMC Bioinformatics [Internet]. 2009 Feb 6 [cited 2020 Jun 10];10(1):50. Available from: https://bmcbioinformatics.biomedcentral.com/articles/10.1186/1471-2105-10-50

17. Robin X, Hoogland C, Appel RD, Lisacek F. MIAPEGelDB, a web-based submission tool and public repository for MIAPE gel electrophoresis documents. J Proteomics. 2008 Jul 21;71(2):249–51.

18. Chavez M, Ho J, Tan C. Reproducibility of High-Throughput Plate-Reader Experiments in Synthetic Biology. ACS Synth Biol. 2017 Feb 17;6(2):375–80.

19. Mlslrll G, Hallinan J, Pocock M, Lord P, McLaughlin JA, Sauro H, et al. Data Integration and Mining for Synthetic Biology Design. ACS Synth Biol. 2016 Oct 21;5(10):1086–97.

20. Sainz De Murieta I, Bultelle M, Kitney RI. Toward the First Data Acquisition Standard in Synthetic Biology. ACS Synth Biol. 2016 Aug 19;5(8):817–26.

21. Munson M’, Munro S’. Synthetic Biology Standards Consortium Kick off Workshop Report [Internet]. [cited 2020 Jun 10]. Available from: http://jimb.stanford.edu/sbsc!or!contact!the!NIST!SBSC!team!

22. Check Hayden E. Synthetic biology called to order. Nature [Internet]. 2015;(520):141–2. Available from: http://www.nature.com/polopoly_fs/1.17271!/menu/main/topColumns/topLeftColumn/pdf/520141a.pdf

برچسب‌ها
نمایش بیشتر

نوشته‌های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
EnglishIran
بستن
بستن