Məlumat

Minimum funksional bioloji işıq sensoru nədir?

Minimum funksional bioloji işıq sensoru nədir?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Gözün təkamülü ilə bağlı bu sualın davamı olaraq, ibtidai gözlərin yalnız bir işıq sensoru təkamül etməsi üçün lazım olduğu və bəlkə də mövcud biokimyəvi kaskad infrastrukturundan istifadə edə biləcəyi irəli sürüldü.

Bu bioloji işıq sensorunun minimumu nə qədərdir? Zəhmət olmasa a ətraflı nə qədər zülalın iştirak etdiyini və mövcud biokimyəvi kaskad infrastrukturuna "qoşula bilən" qarşılıqlı təsirlərinin biokimyəvi təsviri. (bizim bildiyimiz qədər)


Minimum bioloji işıq sensoru sadəcə mövcud bir siqnal molekuludur və təsadüfən işıq səbəbindən fəaliyyətində müəyyən dəyişikliklərə malikdir. Bunun baş verməsinin bir neçə yolu var.

Çox sadə bir nümunə G-proteinlə əlaqəli reseptor (GPCR) əsasında ola bilər. GPCR-lər hüceyrə membranının səthində oturan əlaqəli siqnal ötürülməsi zülalları ailəsidir (ən böyük ailə). Hər biri bir molekula və ya əlaqəli molekulların kiçik qrupuna həssasdır. Həssas olduğu molekula məruz qaldıqda, GPCR hüceyrədə bəzi aktivliyə səbəb olan bir sıra kimyəvi şəlalələr toplusu. Məsələn, hüceyrənin kimyəvi maddənin aşkar edildiyi yerə doğru hərəkət etməsi və ya uzaqlaşması üçün bir siqnal rolunu oynaya bilər.

İndi təsəvvür edin ki, təsadüfən, GPCR-nin həssas olduğu molekulun işığa qarşı müəyyən həssaslığı var, belə ki, işığa məruz qaldıqda molekulun GPCR ilə bağlanma şansı ya daha böyük, ya da kiçik (hətta bir qədər də) olur. Bu, qeyri-mümkün deyil, bir ton bioloji molekul bu xüsusiyyətə malikdir, əslində bir çoxları işığı hiss etmə yollarında iştirak etməsələr də, işığa əsaslı reaksiya göstərirlər. Yaxşı bir nümunə, eyni molekulun birdən çox formaya malik ola biləcəyi və işığa məruz qaldıqda iki forma arasında keçid etdiyi "fotoizomerləşmə" adlanır.

Bu bioloji işıq sensoru olardı. Mütləq çox həssas deyil, ancaq belə bir əsas işıq sensoruna sahib olduqda, təbii seçim öz öhdəsindən gələcək və daha güclü və daha güclü təsirlərə səbəb olacaq.

Əslində, bu gün gözlərimiz təxminən belə işləyir. O, hədəfi işığa məruz qaldıqda formasını dəyişən molekul olan GPCR-dən istifadə edir, bu da onu reseptorla birləşə bilmir və siqnal kaskadını bağlayır. Üstəlik, bu molekul yalnız işığı hiss etmək üçün istifadə edilmir, o, gen transkripsiyası və siqnal üçün lazım olan bir molekulun xəbərçisidir.

Əslində, siz işığa həssas GPCR-ləri bakteriyalardan (heyvanlardakından fərqlidir) işığa həssas olmayan heyvan hüceyrələrinə birləşdirə bilərsiniz və bu molekullar avtomatik olaraq mövcud GPCR siqnal kaskadları ilə inteqrasiya edərək hüceyrəni işığa həssas edir.


Nanoölçülü materiallarda faza keçidlərinin aşkarlanması üçün termoplazmonik sensor

Professor Sergey Xarintsevin (KFU-nun Fizika İnstitutu) rəhbərlik etdiyi "Optoplazmonik tətbiqlər üçün degenerativ dielektrik davamlılığa malik nanokompozit keramikaların yeni sinfinin sintezi və tədqiqi" layihəsi Rusiya Elm Fondunun himayəsi altında aparılmışdır.

Birinci həmmüəllif, professor Xarintsev şərh edir: "İşığın təsiri altında metal nanostrukturlarda elektronların kollektiv rəqsləri həyəcanlana bilər və nəticədə nanostrukturların yaxınlığında elektrik sahəsi güclü şəkildə artır. Fizikanın sahəsi ki, belə elektromaqnit həyəcanlarının əmələ gəlməsi və yayılmasının təsirlərini öyrənir plazmonika.Onun ən parlaq nailiyyətlərinə tək molekulların optik vizuallaşdırılması və 0,16 nm məkan ayırdetmə qabiliyyəti ilə onların titrəyişlərinin diaqnostikası daxildir (məsələn, su molekulunun ölçüsü 0,3 nm-dir). ).Praktikada plazmonikanın nailiyyətlərindən yüksək həssas biotibbi sensorların işlənib hazırlanmasında, yeni nəsil günəş elementlərinin yaradılmasında, nanofotonikanın və optoelektronikanın element bazasının, xüsusən də işıq filtrlərinin, polarizatorların, modulyatorlar, dalğa ötürücüləri və s."

Plazmon rezonansı şəraitində nanostrukturların güclü qızdırılması biologiya və tibbdə termoplazmonikanın bir sıra unikal tətbiqlərinin əsasını təşkil edir. Bu, fototermal xərçəng müalicəsi üsullarının əsasını təşkil edir. Bu, SARS-CoV-2 (COVID-19 virusu), həmçinin mis nanohissəciklərin günəş işığı ilə temperatura qədər qızdırıldığı təkrar istifadə edilə bilən qoruyucu maskaların aşkarlanması üçün litrə 0,22 pmol rekord həssaslığa malik termoplazmonik biosensor yaratmağa imkan verdi. hansı viruslar ölür.

"Biz hər biri insan tükündən 500 dəfə kiçik olan, metal titan nitrid (TiN) nanoantenalarının nizamlı massivindən ibarət metasəthi olan optik sensor işləyib hazırlamışıq. Sifariş edilmiş nanoantenaları fokuslanmış lazer şüası ilə skan etməklə, onlar ardıcıl olaraq qızdırıla bilər. bir mikrosaniyədən az müddətdə əvvəlcədən müəyyən edilmiş temperatura (bir neçə yüz dərəcəyə qədər) qədər. Belə bir optik sensordan istifadə edərək, biz ilk dəfə olaraq 200 nanometr fəza ayırdetmə qabiliyyətinə malik polimerin yerli şüşə keçid temperaturunu təyin edə bildik”, - deyə davam edir. Xarintsev. "Bioloqların, kimyaçıların və fiziklərin diqqətini ona yönəltmək istərdim ki, yaradılmış termoplazmonik sensorun funksional xassələri qeyd olunan tətbiqin əhatə dairəsindən xeyli kənara çıxır. Bu nanofotonik cihaz, məsələn, ölçü effektlərini öyrənmək üçün istifadə edilə bilər. məkan baxımından məhdud (üç istiqamətdə) 0D polimerlərdə.Setsordan istifadə etməklə çoxkomponentli polimer qarışıqları da daxil olmaqla, məkan baxımından bircins olmayan polimer plyonkaların şüşə keçid temperaturunu aşkar etmək mümkündür.Termoplazmonik optik sensordan struktur dəyişiklikləri və faza keçidlərini öyrənmək, nanoobyektlərin yerli kristallaşma (ərimə) temperaturunu müəyyən etmək kimi.Tək hüceyrələr üzərində bioloji reaksiyaların öyrənilməsində (məsələn, ayrı-ayrı zülalların denaturasiyasının öyrənilməsində) termoplazmonik sensordan istifadənin mümkünlüyünə diqqət yetirilməlidir."

Müsahibin qeyd etdiyi kimi, komanda Kazan Universiteti kimyaçılarının digər tədqiqat prioriteti olan ultrasürətli kalorimetriyada termoplazmonik sensorlardan istifadə etməyi planlaşdırır.

İmtina: AAAS və EurekAlert! EurekAlert-ə göndərilən xəbərlərin düzgünlüyünə görə məsuliyyət daşımır! töhfə verən qurumlar tərəfindən və ya EurekAlert sistemi vasitəsilə hər hansı məlumatın istifadəsi üçün.


İstinadlar

Yeh, K. -C., Wu, S. -H., Murphy, J. T. & Lagarias, J. C. Elm 277, 1505–1508 (1997).

Schmitz, O., Katayama, M., Williams, S. B., Kondo, T. & amp Golden, S. S. Elm 289, 765–768 (2000).

Davis, S. J., Vener, A. V. və Vierstra, R. D. Elm 286, 2517–2520 (1999).

Utsumi, R. et al. Elm 245, 1246–1249 (1989).

Jin, T. & Inouye, M. J. Mol. Biol. 244, 477–481 (1994).

Kwon, O., Georgellis, D. & amp Lin, E. C. C. J. Biol. Kimya. 278, 13192–13195 (2003).

Shimizu-Sato, S., Huq, E., Tepperman, J. M. & Quail, P. H. Təbiət Biotexnologiyası. 20, 1041–1044 (2002).

Gambetta, G. A. və Lagarias, J. C. Proc. Natl akad. Sci. ABŞ 98, 10566–10571 (2001).


NƏTİCƏLƏR

Davranışını öyrənmək üçün luxCDABE Təbii və sintetik sistemlərdə tez-tez operon kimi görünən kasetdən əvvəl biz tənzimləyən bir dövrə qurduq. luxCDABE induksiya olunan P ilə kasetlüks kvorumu hiss edən transkripsiya aktivatoru LuxR istifadə edən promotor (Şəkil 2A). LuxR, aşağı nüsxə nömrəli plazmiddə (LCP) yerləşən və asil homoserin lakton (AHL) tərəfindən induksiya edilən bir konstitusiya promotoru altında ifadə edildi. AHL-LuxR kompleksi P promotorunu aktivləşdirirlüks (Şəkil 2A), hər iki lusiferazanı (bir heterodimer) tənzimləyir luxAlüksB) və onun substratı alifatik aldehidin istehsalı üçün tələb olunan fermentlər (luxC, luxD, və lüksE). The luxCDABE operon yüksək surətli plazmiddə (HCP) yerləşirdi. AHL və bioluminescent siqnal arasında ötürmə funksiyası ilə ölçülən dövrə aktivliyi P şəlaləsi ilə müəyyən edilir.lüks fəaliyyəti və metabolik reaksiyalar luxCDABE kaset (Şəkil 2B). Sonra, luxCDABE operonu GFP ilə əvəz etdi, onun ifadə səviyyəsi P-nin fəaliyyəti ilə düz mütənasibdirlüks təşviqatçı. AHL-GFP və AHL-bioluminesansın ölçülən ötürmə funksiyaları Hill funksiyaları ilə yaxşı uyğunlaşır (Şəkil 2B).

öyrənmək luxCDABE operon xüsusiyyətləri. (A) The luxCDABE operon P tərəfindən tənzimlənirlüks yüksək surətli plazmiddə (HCP) yerləşən promotor. LuxR aşağı nüsxə nömrəli plazmiddə (LCP) yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən tənzimlənir və asil-homoserin-lakton (AHL) tərəfindən induksiya olunur. (B) AHL giriş konsentrasiyası və ya yaşıl flüoresan zülal (GFP, sağ) və ya bioluminescent (sol) çıxışlar arasında ölçülən ötürmə funksiyası. Kəsik xətlər Hill funksiyalarına uyğunlaşdırılıb (GFP üçün |$frac<><>$| və |$frac< uyğun olaraq bioluminesans üçün<>>>><<>> + 30>>$|⁠ ). (C) AHL konsentrasiyasının eyni səviyyələrinə nisbətən bioluminescent siqnal və GFP siqnal müqayisəsi. P tərəfindən tənzimlənən GFP səviyyəsilüks promotor ilə mütənasibdir lüks fermentlər (D) Michaelis-Menten modelinin qeyri-xətti davranışı ilə müqayisədə paradoksal komponentləri olan sistemin xətti davranışını göstərən sxematik model. Şəkillərdə göstərilən orta və xətalar (s.e.m.) üç təcrübədən əldə edilmişdir.

öyrənmək luxCDABE operon xüsusiyyətləri. (A) The luxCDABE operon P tərəfindən tənzimlənirlüks yüksək surətli plazmiddə (HCP) yerləşən promotor. LuxR aşağı nüsxə nömrəli plazmiddə (LCP) yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən tənzimlənir və asil-homoserin-lakton (AHL) tərəfindən induksiya olunur. (B) AHL giriş konsentrasiyası və ya yaşıl flüoresan zülal (GFP, sağ) və ya bioluminescent (sol) çıxışlar arasında ölçülən ötürmə funksiyası. Kəsik xətlər Hill funksiyalarına uyğunlaşdırılıb (GFP üçün |$frac<><>$| və |$frac< uyğun olaraq bioluminesans üçün<>>>><<>> + 30>>$|⁠ ). (C) AHL konsentrasiyasının eyni səviyyələrinə nisbətən bioluminescent siqnal və GFP siqnal müqayisəsi. P tərəfindən tənzimlənən GFP səviyyəsilüks promotor ilə mütənasibdir lüks fermentlər (D) Michaelis-Menten modelinin qeyri-xətti davranışı ilə müqayisədə paradoksal komponentləri olan sistemin xətti davranışını göstərən sxematik model. Şəkillərdə göstərilən orta və səhvlər (s.e.m.) üç təcrübədən əldə edilmişdir.

Beş gendən bəri luxCDABE operon eyni P ilə tənzimlənirlüks promotor üçün bu genlərin ifadə səviyyələrinin eyni girişə mütənasib olduğunu güman edə bilərik ( ⁠|$x$|⁠ ). Yuxarıda qeyd etdiyimiz kimi, lusiferaza LuxA və LuxB (⁠|$) birləşməsindən əmələ gəlir. = frac<><<<>>>>$|⁠ , burada |$<>>$| dissosiasiya sabitidir) və buna görə də biz |$x girişinin kvadrat funksiyası kimi lusiferaza konsentrasiyasının səviyyəsini təxmin edə bilərik ( <propto > )$|⁠ . Reduktaza, transferaza və sintetaza ondan əmələ gəlir luxC, luxD, və lüksE genlər müstəqildir və buna görə də onların konsentrasiyaları |$x$| girişi ilə xətti funksiya kimi təxmini edilə bilər. (⁠|$ propto x$|⁠ ). Beləliklə, (7) tənliyinə uyğun olaraq, biolüminessensiya siqnalı |$x$| girişi ilə güc qanunu funksiyası ilə də yaxınlaşdırıla bilər. ( ⁠|$I propto )$|⁠ , burada |$1 < n < 2$|⁠ . Vəhşi tipli dövrənin biofiziki modelini daha dərindən öyrənmək üçün biz bioluminescent siqnalı və GFP siqnalını eyni AHL konsentrasiyası səviyyələrinə nisbətən müqayisə etdik (Şəkil 2C). Nəticə ötürmə funksiyası, davranışını təsvir edir luxCDABE P-nin töhfəsi olmadan operonlüks/LuxR sistemi güc-qanun əlaqəsi ilə təchiz edilmişdir ( ⁠|$I propto GF>$|⁠). Təhlillərimizə əsasən, vəhşi tipli dövrənin bioluminescent siqnalı, floresan zülal müxbirləri tərəfindən əldə edilə bilməyən gücləndirmə faktoru (qazanma) ilə giriş konsentrasiyalarındakı dəyişikliklərə dozadan asılı şəkildə cavab vermək üçün "uyğunlaşdırılmışdır". Bundan əlavə, yabanı tipli dizayn prinsipi luxCDABE eyni siqnal (36) ilə paradoksal komponentlərin tənzimlənməsinə əsaslanan kaset (məsələn, eyni metabolik yolun həm irəli, həm də əks reaksiya sürətlərini artırmaq, Şəkil 2D), qeyri-xətti əlaqələri çevirməyə imkan verir (məsələn, Michaelis-Menten modeli və ya Təpə funksiyası, Şəkil 2D) xətti və ya güc-qanun münasibətlərinə, burada doyma yalnız çox yüksək giriş səviyyələri üçün əldə edilir.

istifadə etməklə yanaşı luxCDABE Bir reportyor olaraq, məntiqi hesablamaları yerinə yetirə bilən sxemlər qurmaq üçün onun gen strukturunu dəyişdirdik. Bu məqsədlə, luxCDABE kaset iki müxtəlif giriş kimyəvi maddə ilə tənzimlənən iki alt dövrəyə bölündü. Birinci alt dövrə Arabinose qəbul etdi və onu tənzimlədi luxAB İrəli reaksiyada iştirak edən genlər və ikinci alt dövrə AHL aldı və tənzimlədi luxCDE əks reaksiyada iştirak edən genlər (Şəkil 3A). AraC transkripsiya faktoru LCP-də yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən istehsal olunur. Arabinoza AraC-yə bağlanaraq P-ni aktivləşdirən bir kompleks əmələ gətirirPİS təşviqatçı. LuxR, LCP-də yerləşən konstitusiya promotoru tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün asil-homoserin-lakton (AHL) tərəfindən induksiya edilir.lüks. PPİS və Plüks müvafiq olaraq orta nüsxə nömrəli plazmiddə (MCP) və HCP-də yerləşən promotorlar lusiferazanı və biolüminesans yaratmaq üçün tələb olunan kompleks fermentləri tənzimləyir. Tənliyin yenidən təşkili (7) göstərir ki, bioluminescent siqnal |$frac<< arasında minimumu hesablaya bilər.>><<>>$| və |$frac<< >><<>>$| səviyyələr |$left(I propto MIN left<><>,frac<><>> ight> ight)$|⁠ , (əlavə məlumat üçün Əlavə Məlumatın 3-cü Bölməsinə baxın). Davamlı fiziki girişləri qəbul edən və çıxış dinamik diapazonunda qeyri-müəyyən çıxışı göstərən minimum funksiyadan birləşmənin həyata keçirilməsi üçün qeyri-səlis məntiqdə geniş istifadə olunur (37). Tipik olaraq, girişlər '0' və '1' olduqda, MIN qeyri-səlis şəbəkəsi VƏ Boole qapısı kimi çıxış edir (Şəkil 3B). Nəzərə alsaq ki, biolüminessent fermentlər arabinoza və AHL-nin davamlı səviyyələrini iki diskret vəziyyətə çevirən induksiya olunan promotorlar tərəfindən tənzimlənir ('0', '1'), MIN qeyri-səlis qəfəsin dizaynı (Şəkil 3A) həmçinin AND tətbiq edə bilər. məntiq qapısı (Şəkil 3C).

Canlı hüceyrələrdə sintetik MIN qeyri-səlis qəfəs (yumşaq minimum funksiya) parçalanaraq həyata keçirilir. luxCDABE kaset. (A) luxCDE-luxAB tükürmə dizaynı. The luxCDE P tərəfindən tənzimlənirlüks yüksək nüsxə sayı plazmidində (HCP) yerləşən promotor. LuxR aşağı nüsxə nömrəli plazmiddə (LCP) yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün asil-homoserin-lakton (AHL) tərəfindən induksiya edilir.lüks. The luxAB P tərəfindən tənzimlənirPİS orta nüsxə sayı plazmidində (MCP) yerləşən promotor. AraC bir LCP-də yerləşən konstitusiya promotoru tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün Arabinose (Ərəb) tərəfindən induksiya olunur.PİS. (B) Sintetik MIN qeyri-səlis şəbəkənin model simulyasiyaları. Model ərəb- |$-dan ibarətdir$| transfer funksiyası |$ = frac<<>>>><<1 + Ərəb/<>>>>$|⁠ , AHL- |$$| transfer funksiyası |$ = frac<<>>>><<1 + AHL/<>>>>$|⁠ , və minimum funksiya |$Out = frac <<cdot >> <<+ >>$|⁠ , burada |$<>>$| və |$<>>$| konsentrasiya vahidlərinə malikdir və Ərəb-AraC və P bağlamasının dissosiasiya sabitləri ilə mütənasibdir.PİS, AHL-LuxR və Plüks. (C) MIN qeyri-səlis qəfəs üçün ölçülmüş AHL/Arabinoza ötürmə funksiyası və bioluminesans çıxışı. (D) LuxA-LuxB qarşılıqlı əlaqəsinə əsaslanan sintetik VƏ məntiq qapısının modeli. Model bir neçə ötürmə funksiyasından ibarətdir: |$LuxA = frac<<>>>><<1 + Ərəb/<>>>>$|⁠ , |$LuxB = frac<<>>>><<1 + AHL/<>>>>$|⁠ və |$Out = frac<><<<>>>>$|⁠ , burada |$<>>$| bağlayıcı dissosiasiya sabitidir. (E) The luxA-luxB parçalayıcı dizayn. LuxB P tərəfindən tənzimlənirlüks MCP-də yerləşən promouter. LuxR, LCP-də yerləşən konstitusiya promotoru tərəfindən tənzimlənir və AHL tərəfindən induksiya olunur. LuxA P tərəfindən tənzimlənirPİS MCP-də yerləşən promouter. AraC LCP-də yerləşən konstitusiya promotoru tərəfindən tənzimlənir və Arabinose tərəfindən induksiya olunur. The luxCDE genləri HCP-də yerləşən konstitutiv təşviqatçı tərəfindən tənzimlənir. (F) LuxA-LuxB qarşılıqlı əlaqəsinə əsaslanan AND qapısı üçün ölçülmüş AHL/Arabinose transfer funksiyası və bioluminesans çıxışı. (G) İki məntiq və qapının performansının müqayisəsi. Çıxış dinamikası diapazonu (ODR) ‘1’ səviyyələri ilə ‘0’ səviyyələri arasındakı nisbətin loqarifmik çevrilməsinin ən aşağı qiyməti kimi hesablanmışdır: |$ODR = minleft < ]>>>> <<]>>>>,log frac <<]>>>> <<]>>>>,< m>frac <<]>>>> <<>>>>>>sağ>.$| Bütün eksperimental məlumatlar üç təcrübənin ortasını təmsil edir. Şəkillərdə göstərilən orta və xətalar (s.e.m.) üç təcrübədən əldə edilmişdir.

Canlı hüceyrələrdə sintetik MIN qeyri-səlis qəfəs (yumşaq minimum funksiya) parçalanaraq həyata keçirilir. luxCDABE kaset. (A) luxCDE-luxAB tükürmə dizaynı. The luxCDE P tərəfindən tənzimlənirlüks yüksək nüsxə sayı plazmidində (HCP) yerləşən promotor. LuxR aşağı nüsxə nömrəli plazmiddə (LCP) yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün asil-homoserin-lakton (AHL) tərəfindən induksiya edilir.lüks. The luxAB P tərəfindən tənzimlənirPİS orta nüsxə sayı plazmidində (MCP) yerləşən promotor. AraC bir LCP-də yerləşən konstitusiya promotoru tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün Arabinose (Ərəb) tərəfindən induksiya olunur.PİS. (B) Sintetik MIN qeyri-səlis şəbəkənin model simulyasiyaları. Model ərəb- |$-dan ibarətdir$| transfer funksiyası |$ = frac<<>>>><<1 + Ərəb/<>>>>$|⁠ , AHL- |$$| transfer funksiyası |$ = frac<<>>>><<1 + AHL/<>>>>$|⁠ , və minimum funksiya |$Out = frac <<cdot >> <<+ >>$|⁠ , burada |$<>>$| və |$<>>$| konsentrasiya vahidlərinə malikdir və Ərəb-AraC və P bağlamasının dissosiasiya sabitləri ilə mütənasibdir.PİS, AHL-LuxR və Plüks. (C) MIN qeyri-səlis qəfəs üçün ölçülmüş AHL/Arabinose transfer funksiyası və bioluminescence çıxışı. (D) LuxA-LuxB qarşılıqlı əlaqəsinə əsaslanan sintetik VƏ məntiq qapısının modeli. Model bir neçə ötürmə funksiyasından ibarətdir: |$LuxA = frac<<>>>><<1 + Ərəb/<>>>>$|⁠ , |$LuxB = frac<<>>>><<1 + AHL/<>>>>$|⁠ və |$Out = frac<><<<>>>>$|⁠ , burada |$<>>$| bağlayıcı dissosiasiya sabitidir. (E) The luxA-luxB parçalayıcı dizayn. LuxB P tərəfindən tənzimlənirlüks MCP-də yerləşən promouter. LuxR, LCP-də yerləşən konstitutiv promouter tərəfindən tənzimlənir və AHL tərəfindən induksiya olunur. LuxA P tərəfindən tənzimlənirPİS MCP-də yerləşən promouter. AraC LCP-də yerləşən konstitusiya promotoru tərəfindən tənzimlənir və Arabinose tərəfindən induksiya olunur. The luxCDE genləri HCP-də yerləşən konstitutiv təşviqatçı tərəfindən tənzimlənir. (F) LuxA-LuxB qarşılıqlı əlaqəsinə əsaslanan AND qapısı üçün ölçülmüş AHL/Arabinose transfer funksiyası və bioluminesans çıxışı. (G) İki məntiq və qapının performansının müqayisəsi. Çıxış dinamikası diapazonu (ODR) “1” səviyyələri ilə “0” səviyyələri arasındakı nisbətin loqarifmik çevrilməsinin ən aşağı qiyməti kimi hesablanmışdır: |$ODR = minleft < ]>>>> <<]>>>>,log frac <<]>>>> <<]>>>>,< m>frac <<]>>>> <<>>>>>>sağ>.$| Bütün eksperimental məlumatlar üç təcrübənin ortasını təmsil edir. Şəkillərdə göstərilən orta və səhvlər (s.e.m.) üç təcrübədən əldə edilmişdir.

Canlı hüceyrələrdə AND məntiq qapılarının tətbiqi tez-tez tRNT və mRNT (29), zülal-zülal qarşılıqlı əlaqəsi (38) və ya protein-DNT qarşılıqlı əlaqəsi (39) kimi iki kooperativ komponentin qarşılıqlı təsirindən istifadə edir. Belə sxemlərin çıxışı yalnız hər iki komponent istehsal edildikdə aktivləşdirilir. Digər tərəfdən, iki fərqli girişdən istifadə edərək irəli və tərs sürətlərə müstəqil şəkildə nəzarət edərək, biokimyəvi reaksiyalarda artıq mövcud olan paradoksal komponentlərdən istifadə edən AND məntiq qapısı yaratdıq. İki dizaynın performansını müqayisə etmək üçün biz LuxA-LuxB zülal qarşılıqlı əlaqəsinə əsaslanan AND məntiq qapısı qurduq (Şəkil 3D). Strategiyamız bölünmək idi luxAB iki fərqli giriş tərəfindən tənzimlənən iki hissəyə bölünür (Şəkil 3E). The luxA gen P tərəfindən tənzimlənirPİS Arabinose qəbul edən MCP-də yerləşən promotor və lüksB gen P tərəfindən tənzimlənirlüks AHL qəbul edən MCP-də yerləşən promouter. Həm AraC, həm də LuxR konstitutiv promouterlər tərəfindən istehsal olunur. The luxCDE genlər konstruktiv olaraq istehsal olunur və HCP-də yerləşir. Ölçülmüş transfer funksiyası göstərdi ki, hər ikisi luxAlüksB yüksək AHL və Arabinose tərəfindən induksiya edildi, yüksək bioluminescent siqnal əldə edildi (Şəkil 3F). Yalnız birinin olduğu hallarda luxA və ya lüksB komponentlər yüksək səviyyədə induksiya edildi, aşağı bioluminesans siqnalı əldə edildi. Bu ötürmə funksiyası çıxış dinamik diapazonu 0,32 miqyasda olan AND məntiqi qapısı kimi təxmin edilə bilər (Şəkil 3G). Bununla belə, əsaslanan ilk dizaynla müqayisədə zəif performansa malikdir luxAB-luxCDE birdən çox miqyasda çıxış dinamik diapazonu ilə qarşılıqlı əlaqə (Şəkil 3G). Bu nəticələr promotor fəaliyyətlərini və biolüminessent siqnalları özündə birləşdirən minimal biokimyəvi model (Şəkil 3B və D) ilə təsvir edilə bilər (Tənlik 7). Sadəlik üçün biz güman etdik ki, bütün promouterlər eynidir və onların fəaliyyəti Michaelis Menten tənliyi |$left(<<1 + x>>>sağ)$|⁠ . Həqiqətən də, MIN qeyri-səlis qəfəsdən istifadə edən AND məntiq qapıları (Şəkil 3B) zülal-zülal qarşılıqlı təsirinə əsaslanan AND məntiq qapısı ilə müqayisədə daha dar dinamik məntiq diapazonu ilə daha yaxşı təsnifat göstərdi (Şəkil 3D). İki AND məntiq qapısının performansını müqayisə edən əlavə təhlil Əlavə Məlumatın 4-cü Bölməsində verilmişdir (Əlavə Şəkillər S4-S6).

Tənzimlənən aşkarlama hədləri olan genetik sxemlər (Şəkil 1B) davamlı giriş dəyərlərini müqayisə edici kimi çıxış edərək çoxlu fərqli çıxışlara diskretləşdirmək üçün istifadə edilə bilər (30, 35). Bu cür sxemlər bu yaxınlarda geniş diqqəti cəlb etmişdir ( 25), çünki onlar ekoloji səviyyəli girişləri aşkar edə bilir və çıxışları iki vəziyyətlə etibarlı şəkildə bildirir. Biosensorların ölçülmüş siqnalları səs-küyə dözmək və bioloji siqnalların təhrifini kompensasiya etmək üçün çox vaxt analoq səviyyələr əvəzinə iki məntiq vəziyyəti ilə kodlanır. Nəticə etibarilə, müqayisəediciləri aşağıdan yüksək səviyyələrə qədər dəyişən aşkarlama hədləri ilə birləşdirmək, səviyyəli ətraf mühit siqnallarını yüksək həssaslıqla rəqəmsal siqnallara çevirə bilən sistemlə nəticələnir. Belə halda, yalnız aşkarlama həddi giriş səviyyəsindən aşağı olan müqayisəçilər işə salınır və yüksək çıxışları göstərir (Bölmə 5, Əlavə Məlumatın Əlavə Şəkil S7). Proqramlaşdırıla bilən aşkarlama hədləri olan sxemlər, aşkarlama həddinin tətbiq və dizayn tələblərinə uyğun gəlmədiyi bioloji sistemlər üçün də faydalıdır (19, 40). Yuxarıda təsvir edildiyi kimi, əks reaksiyaya nəzarət luxCDABE kaset irəli reaksiyadan asılı olmayaraq (Şəkil 3A), AHL istifadə edərək proqramlaşdırıla bilən aşkarlama həddi olan bir sistem qurmağa imkan verdi (Şəkil 4A, Əlavə Şəkil S2). Köçürmə funksiyasının təxmin edilən aşkarlama həddi AHL konsentrasiyaları artdıqca artır (Şəkil 4A-nın əlavəsi). Bununla belə, eksperimental nəticələr göstərdi ki, bu dizayn AHL konsentrasiyaları dəyişdikdə bioluminesans siqnalına da təsir edib. Bu asılılığı azaltmaq üçün operonun daha da parçalanması ilə lüks fermentlərin ifadə səviyyəsini optimallaşdırdıq. Yeni dövrədə, yalnız luxAlüksC induksiya olunan promotorlar tərəfindən idarə olunurdu (PPİS/Arabinoza, Plüks/AHL, müvafiq olaraq), isə luxB, luxD, və lüksE konstitutiv promotorlar tərəfindən idarə olunurdu (Şəkil 4B). Yeni strategiya proqramlaşdırıla bilən aşkarlama həddi (Şəkil 4C, Əlavə Şəkil S3) ilə AHL konsentrasiyası ilə artan (Şəkil 4C-nin əlavəsi) ötürmə funksiyası ilə nəticələndi, eyni zamanda ON/OFF nisbətinin qat dəyişməsi ilə müqayisədə yaxşı saxlanıldı. ilk dizayn (Şəkil 4D, Əlavə Cədvəllər S6, S7).

Canlı hüceyrələrdə proqramlaşdırıla bilən aşkarlama həddi olan sintetik komparatorun dizaynı luxCDABE kaset. (A) Müxtəlif asil-homoserin-lakton (AHL) səviyyələri üçün Arabinose giriş konsentrasiyası və bioluminescent siqnal arasında ölçülən ötürmə funksiyası. Bu məlumatlar Şəkil 3C-dən götürülüb. Nöqtələr eksperimental nəticələri təmsil edir və kəsikli xətlər Hill funksiyası əyrilərinə uyğun gəlir (baxın: Bölmə 2, Əlavə məlumatın S5 Cədvəli, uyğunlaşdırma üçün istifadə olunan parametrlər üçün). Daxiletmə aşkarlama həddi (⁠|$.) arasındakı əlaqəni göstərir<>>$|⁠ ) və AHL konsentrasiyası. |$<>>$| çıxış dəyərinin yarısına uyğun gələn giriş dəyəri kimi hesablanmışdır. (B) Daha da parçalayaraq dizayn luxCDABE kaset. The lüksC P tərəfindən tənzimlənirlüks yüksək nüsxə sayı plazmidində (HCP) yerləşən promotor. LuxR aşağı nüsxə nömrəli plazmiddə (LCP) yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün AHL tərəfindən induksiya edilir.lüks. The luxA P tərəfindən tənzimlənirPİS orta nüsxə sayı plazmidində (MCP) yerləşən promotor. AraC, LCP-də yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün Arabinose tərəfindən induksiya olunur.PİS. The lüksD MCP-də yerləşən konstitutiv promouter tərəfindən tənzimlənir. The lüksBlüksE HCP-də yerləşən konstitutiv təşviqatçı tərəfindən tənzimlənir. (C) Müxtəlif AHL səviyyələri üçün Arabinose giriş konsentrasiyası və bioluminescence siqnalı arasında ölçülən ötürmə funksiyası. Nöqtələr eksperimental nəticələri təmsil edir və kəsikli xətlər Hill funksiyası əyrilərinə uyğun gəlir (baxın: Bölmə 2, Əlavə məlumatın S5 Cədvəli, uyğunlaşdırma üçün istifadə olunan parametrlər üçün). Daxiletmə aşkarlama həddi (⁠|$.) arasındakı əlaqəni göstərir<>>$|⁠ ) və AHL konsentrasiyaları. |$<>>$| çıxış dəyərinin yarısına uyğun gələn giriş dəyəri kimi hesablanmışdır. (D) üçün qat dəyişikliyi müqayisəsi (ON/OFF nisbəti). luxCDE-luxAB (məlumat A əsasında, Əlavə Cədvəl S6) və daha sonra yeni dizayn luxA-luxC parçalanması luxCDABE kaset (məlumatlar C, Əlavə Cədvəl S7 əsasında). Bütün eksperimental məlumatlar üç təcrübənin ortasını təmsil edir. Əlavə statistik təhlillər Əlavə Məlumatın 2-ci Bölməsində verilmişdir.

Canlı hüceyrələrdə proqramlaşdırıla bilən aşkarlama həddi olan sintetik komparatorun dizaynı luxCDABE kaset. (A) Müxtəlif asil-homoserin-lakton (AHL) səviyyələri üçün Arabinose giriş konsentrasiyası və bioluminescent siqnal arasında ölçülən ötürmə funksiyası. Bu məlumatlar Şəkil 3C-dən götürülüb. Nöqtələr eksperimental nəticələri təmsil edir və kəsikli xətlər Hill funksiyası əyrilərinə uyğun gəlir (baxın: Bölmə 2, Əlavə məlumatın S5 Cədvəli, uyğunlaşdırma üçün istifadə olunan parametrlər üçün). Daxiletmə aşkarlama həddi (⁠|$.) arasındakı əlaqəni göstərir<>>$|⁠ ) və AHL konsentrasiyası. |$<>>$| çıxış dəyərinin yarısına uyğun gələn giriş dəyəri kimi hesablanmışdır. (B) Daha da parçalayaraq dizayn luxCDABE kaset. The lüksC P tərəfindən tənzimlənirlüks yüksək nüsxə sayı plazmidində (HCP) yerləşən promotor. LuxR, aşağı nüsxə sayı plazmidində (LCP) yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün AHL tərəfindən induksiya edilir.lüks. The luxA P tərəfindən tənzimlənirPİS orta nüsxə sayı plazmidində (MCP) yerləşən promotor. AraC, LCP-də yerləşən konstitutiv promotor tərəfindən tənzimlənir və P-ni aktivləşdirmək üçün Arabinose tərəfindən induksiya olunur.PİS. The lüksD MCP-də yerləşən konstitutiv promouter tərəfindən tənzimlənir. The lüksBlüksE HCP-də yerləşən konstitutiv təşviqatçı tərəfindən tənzimlənir. (C) Müxtəlif AHL səviyyələri üçün Arabinose giriş konsentrasiyası və bioluminescence siqnalı arasında ölçülən ötürmə funksiyası. Nöqtələr eksperimental nəticələri təmsil edir və kəsikli xətlər Hill funksiyası əyrilərinə uyğun gəlir (baxın: Bölmə 2, Əlavə məlumatın S5 Cədvəli, uyğunlaşdırma üçün istifadə olunan parametrlər üçün). Daxiletmə aşkarlama həddi (⁠|$.) arasındakı əlaqəni göstərir<>>$|⁠ ) və AHL konsentrasiyaları. |$<>>$| çıxış dəyərinin yarısına uyğun gələn giriş dəyəri kimi hesablanmışdır. (D) üçün qat dəyişikliyi müqayisəsi (ON/OFF nisbəti). luxCDE-luxAB (məlumat A əsasında, Əlavə Cədvəl S6) və daha sonra yeni dizayn luxA-luxC parçalanması luxCDABE kaset (məlumatlar C, Əlavə Cədvəl S7 əsasında). Bütün eksperimental məlumatlar üç təcrübənin ortasını təmsil edir. Əlavə statistik təhlillər Əlavə Məlumatın 2-ci Bölməsində verilmişdir.

Bakterial biosensorlar üçün sintetik qarışqa kompensasiya edən dövrə. (A) Sintetik gen dövrəsi (solda) və sxematik model (mərkəz) üçün katG- əsaslı bakterial biosensor. Vaxt kursları (sağda). katG 25 mq/l peroksidə (H2O2) və 2,5 mq/l nalidiksik turşusu (NA), tək və kombinasiyada. Nöqtələr eksperimental nəticələri, kəsik xətlər isə simulyasiya parametrləri ilə simulyasiya nəticələridir (Tənlik 8): τ1= 20 dəq, τeff= 20 dəq, τD1 = 0 dəq, τD2= 0 dəq, β = 0.02, c = 2000 (baxın: Bölmə 2, Əlavə Cədvəl S9-a uyğunluq üçün istifadə olunan parametrlər üçün). (B) Sintetik gen dövrəsi (solda) və sxematik model (mərkəz). recA- əsaslı bakterial biosensor. Vaxt kursları (sağda). recA 25 mq/l H-yə cavab olaraq promotor2O2 və 2,5 mq/l NA, tək və kombinasiyada. Nöqtələr eksperimental nəticələri, kəsikli xətlər isə simulyasiya nəticələridir (tənlik 8). NA cavabının uyğunlaşdırılması üçün simulyasiya parametrləri idi τ1= 60 dəq, τeff= 25 dəq, τD1= 60 dəq, τD2= 100 dəq, β = 0.1, c = 9000. H-nin uyğunlaşdırılması üçün simulyasiya parametrləri2O2 cavab idi τ1= 30 dəq, τeff= 30 dəq, τD1= 0 dəq, τD2= 40 dəq, β = 0.25, c = 9000 (baxın: Bölmə 2, Əlavə Cədvəl S9-a uyğunluq üçün istifadə olunan parametrlər üçün). (C) Qarışıq-kompensasiya dövrəsinin sxematik modeli. Model ibarətdir recAkatG promouterlər və zaman gecikməsindən, repressordan və VƏ məntiq qapısından qurulan qeyri-qanuni tip-1 irəli ötürücü döngə. (D) Qarışıq-kompensasiya edən dövrə iki bakteriya ştammının daşıdığı “göndərən” və “qəbuledici” hissələrə bölünür. Asil-homoserin-lakton (AHL) kvorum algılayan molekullar göndərici və qəbuledici arasında naqil yaratmaq üçün istifadə edilmişdir. Göndərən daxildir katG AHL istehsal etmək üçün MCP-də yerləşən LuxI-ni tənzimləyən promotor. Qəbuledicidə üç plazmid var. LCP-də promouter Pluxlbl (AHL-LuxR kompleksi tərəfindən aktivləşdirilən və çox aşağı bazal səviyyəyə malik olan (10)) TetR və promotor P ifadəsini tənzimləyir.lüks LuxR ifadəsini tənzimləyir. MCP-də, promouter recA ifadəsini tənzimləyir luxC, luxDlüksE. HCP-də PtetO promotor ifadəni tənzimləyir -nin the LuxA və LuxB. Göndərəndən istehsal olunan AHL LuxR-ni bağlayır və P-ni aktivləşdirirlüks və Pluxlbl. TetR repressoru LCP-də yerləşir və P-ni bağlayırtetO HCP-də yerləşir, lusiferazanın fəaliyyətini maneə törədir. (E) Xarici əlavə edilmiş AHL-dən istifadə edərək qəbuledici dövrənin ölçülən ötürmə funksiyası. Daxildə xaricdən təchiz edilmiş AHL ilə qəbuledici dövrə tərəfindən həyata keçirilən NIMPLY məntiq qapısı (NOT-IMPLY) göstərilir. (F) 25 mq/l peroksidin (H) mövcudluğunda qarışqa-kompensasiya edən dövrə reaksiyasının vaxt kursları2O2) və 2,5 mq/l nalidiksik turşusu (NA) tək və kombinasiyada. İki fərqli bakteriya ştammının daşıdığı göndərici və qəbuledici sxemlər müvafiq olaraq 1-dən 10-a qədər bir nisbətdə qarışdırıldı. (G) NA və ya H-nin iştirakı ilə qarışqa-kompensasiya dövrəsi ilə zülal istehsalının simulyasiya edilmiş vaxt kursları2O2 və ya hər ikisi. Şəkillərdə göstərilən orta və xətalar (s.e.m.) üç təcrübədən əldə edilmişdir.

Bakterial biosensorlar üçün sintetik qarışığı kompensasiya edən dövrə. (A) Sintetik gen dövrəsi (solda) və sxematik model (mərkəz). katG- əsaslı bakterial biosensor. Vaxt kursları (sağda). katG 25 mq/l peroksidə (H2O2) və 2,5 mq/l nalidiksik turşusu (NA), tək və kombinasiyada. Nöqtələr eksperimental nəticələri, kəsik xətlər isə simulyasiya parametrləri ilə simulyasiya nəticələridir (tənlik 8): τ1= 20 dəq, τeff= 20 dəq, τD1 = 0 dəq, τD2= 0 dəq, β = 0.02, c = 2000 (baxın: Bölmə 2, Əlavə Cədvəl S9-a uyğunluq üçün istifadə olunan parametrlər üçün). (B) Sintetik gen dövrəsi (solda) və sxematik model (mərkəz). recA- əsaslı bakterial biosensor. Vaxt kursları (sağda). recA 25 mq/l H-yə cavab olaraq promotor2O2 və 2,5 mq/l NA, tək və kombinasiyada. Nöqtələr eksperimental nəticələri, kəsikli xətlər isə simulyasiya nəticələridir (tənlik 8). NA cavabının uyğunlaşdırılması üçün simulyasiya parametrləri idi τ1= 60 dəq, τeff= 25 dəq, τD1= 60 dəq, τD2= 100 dəq, β = 0.1, c = 9000. H-nin uyğunlaşdırılması üçün simulyasiya parametrləri2O2 cavab idi τ1= 30 dəq, τeff= 30 min, τD1= 0 min, τD2= 40 min, β = 0.25, c = 9000 (see Section 2, Supplementary Table S9 of the Supplementary Data for parameters used for fitting). (C) A schematic model of the crosstalk-compensating circuit. The model consists of recAkatG promoters, and an incoherent type-1 feedforward loop, which is built from a time-delay, a repressor, and an AND logic gate. (D) The crosstalk-compensating circuit is segmented into ‘sender’ and ‘receiver’ parts carried by two bacterial strains. Acyl-homoserine-lactone (AHL) quorum-sensing molecules were used to wire between the sender and the receiver. The sender included the katG promoter that regulates LuxI located on a MCP to produce AHL. There are three plasmids in the receiver. On the LCP, the promoter Pluxlbl (which is activated by the AHL-LuxR complex and has a very low basal level ( 10)) regulates the expression of TetR, and the promoter Plüks regulates the expression of LuxR. On the MCP, the promoter recA regulates the expression of the luxC, luxDluxE. On the HCP, the PtetO promoter regulates the expression -nin the LuxA and LuxB. AHL produced from the sender binds LuxR and activates Plüks and Pluxlbl. The TetR repressor is located on the LCP and binds PtetO located on the HCP, inhibiting the activity of luciferase. (E) Measured transfer function of the receiver circuit using externally added AHL. The inset shows NIMPLY logic gate (NOT-IMPLY) that is implemented by the receiver circuit with externally supplied AHL. (F) Time courses of the crosstalk-compensating circuit response in the presence of 25 mg/l of peroxide (H2O2) and 2.5 mg/l of nalidixic acid (NA) alone and in combination. The sender and receiver circuits carried by two different bacterial strains were mixed together at a ratio of 1 to 10, respectively. (G) Simulated time courses of proteins production by the crosstalk-compensating circuit in the presence of NA or H2O2 or both. The average and errors (s.e.m.) shown in the figures are derived from three experiments.

The crosstalk-compensating circuit was further segmented into ‘sender’ and ‘receiver’ circuits carried by two different bacterial strains, using quorum sensing molecules (AHL) for wiring ( 43) (Figure 5D). The sender circuit specifically detected H2O2 using the katG promoter and produced AHL molecules by regulating LuxI protein expression. The receiver circuit collected the diffusing AHL molecules and expressed the TetR repressor, which was regulated by Plüks and LuxR. The receiver circuit was comprised of an AND gate, which was implemented by the luxAB-luxCDE interaction, where the luxCDE was activated by the recA promoter and luxAB were regulated by PtetO and repressed by TetR. The delay between the recAkatG responses was programmed by the kinetics of TetR expression and the dynamics of AHL diffusion. Initially, we tested the receiver circuit with externally supplied AHL (Figure 5E). The measurements taken at the steady state showed that a high bioluminescent signal was measured when the AHL concentration was low, and vice versa. This circuit can also act as NOT IMPLY logic gate (inset Figure 5E). Then, we tested the sender and receiver circuits carried by two different strains, at various ratios of the strains. The optimal ratio was one volume of cells carrying the sender circuit to ten volumes of cells carrying the receiver circuit. The experimental results indicated that the number of measured peaks for the bioluminescent signal was proportional to the number of types of chemicals (Figure 5F). For example, two separated peaks were measured when NA and H2O2 were present in the culture. We also built a simplified biochemical model that thoroughly captured the kinetics of the crosstalk-compensating circuit (Figure 5G). The model was based on Equations ( 7 and 8), using a consistent set of model parameters. The time delay ( ⁠|$< au _>$|⁠ ) between the two parallel antagonistic regulation paths of the luxCDABE cassette was incorporated into the kinetics of TetR (TetR |$ propto$| AHL |$( >> )$|⁠ ) and the luxAB level was proportional to PtetO activity |$left( = frac<1><<1 + <><<0.2>>> ight)>^2>>> ight)$|⁠ . Further analysis that compared the performance of the recA-based bacterial biosensor and the crosstalk-compensating circuit, including stochastic behaviour, is provided in Section 7 ( Supplementary Figure S10 ) of the Supplementary Data. In conclusion, while bacterial biosensors have a slow response compared to chemical sensors, they can be programmed to provide sensitivity for a very wide-range of chemicals and analytes.


Plant Tissue Culture: Laboratory Requirements

In this article we will discuss about the basic laboratory requirements for plant tissue culture.

Laboratory Tələblər:

‘Plant tissue culture’ or in vitro cultivation of plant parts needs some basic requirements:

(a) Cultivation should be done under aseptic conditions.

(b) The isolated plant part should get an appropriate environment which will help to divide the cell and to get an expression of internal potential.

Basic facilities for plant tissue culture operations involving any type of in vitro proce­dures must include certain essential elements:

(a) Washing and storage facilities

(b) Media preparation, sterilisation and storage room

(c) Transfer area for aseptic manipulations

(d) Culture rooms or incubators for maintenance of cultures under controlled condi­tions of temperature, light and humidity

(e) Observation or data collection area

Washing and Storage Facilities:

An area with large sink (lead lined to resist acids and alkalis) and draining area is necessary with provision for running water, draining-boards or racks and ready access to a deionized, distilled and double-distilled apparatus.

Space should also be available to set up drying ovens, washing machines, plastic or steel buckets for soaking labware, acid or deter­gent baths, pipette washers, driers and cleaning brushes. For storage of washed and dried labware, the laboratory should be provided with dustproof cupboards or storage cabinets.

Media Preparation Room or Space:

This part is the central section of the laboratory where most of the activities are performed i.e., media preparation and sterilisation of media and glassware’s needed for culture. There should be sufficient working bench as well as storage space.

The following items are essential in the room (Fig. 16.2A-D):

(i) Different types of glassware

(ii) Different kinds of balances

(iv) Hot plates and Stirrer

(vii) Autoclave and Hot air oven

(xi) Refrigerator and Freezer

(xii) Storage cabinet (Dust-free)

Tissue culture techniques can only be successfully carried out in a very clean labora­tory having dry atmosphere with protection against air-borne microorganisms. For this pur­pose a sterile dust-free room/cabinet is needed for routine transfer and manipulation work.

The ‘laminar air flow cabinet’ (Fig. 16.2C) is the most common accessory used for aseptic manipulations now-a-days. The cabinet may be designed with horizontal air flow or vertical air flow where the air is forced into the cabinet through a bacterial HEPA (High Efficiency Particulate Air) filter. The air flows over the working bench at a constant rate which prevents the particles (microorganisms) from settling on the bench.

Before ope­ration in the laminar air flow cabinet, the interior of the cabinet is sterilised with the ultraviolet (UV) germicidal light and wiping the floor of cabinet with 70% alcohol. Inoculation chamber, a specially designed air tight glass chamber fitted with UV light, may also be used as transfer area.

Plant tissue cultures should be incubated under conditions of well-controlled tempe­rature, illumination, photoperiod, humidity and air circulation. Incubation culture rooms, commercially available incubator cabinets, large plant growth chambers and walk-in- environmental rooms satisfy these requirements.

Culture rooms are constructed with proper air-conditioning perforated shelves (Fig. 16.2D) to support the culture vessels, fitted with fluorescent tubes having a timing device to maintain the photoperiod, black curtains may be used to maintain total darkness.

For the suspension cultures, gyratory shakers are used. Air conditioners and heaters are used to maintain the temperature around 25 ± 2°C and humidity is maintained by uniform forced air-ventilation. The light­ing is also done in a measured amount i.e., 40-200 fc (foot-candle).

Data Collection Area:

The growth and development of tissues cultured in vitro are generally monitored by observing cultures at regular intervals in the culture room or incubators where they have been maintained under controlled environmental conditions.

Arrangement should be there where the observations can be done under aseptic conditions using microscope. Special facilities are required for germplasm conservation i.e., cryopreservation accessories should be there.

Transplantation Area:

Plants regenerated from in vitro tissue culture are transplanted to soil in pots. The pot­ted plants are ultimately transferred to greenhouse but prior to transfer the tissue culture grown plants are allowed for acclimatization under well humid condition and controlled temperature and under controlled entry of sunlight.


Nəticələr

The knowledge of structural biological changes associated due to biomolecular interactions represents the milestone to assess and discover biological process.

Currently new insights are achieved by using SPR technology to measure kinetic parameters (rates of complex association and dissociation) driving biochemical and biological reactions, such as afβinity and speciβicity of molecular interactions, establishing an “afβinity ranking” in which it is possible to discriminate weak binders, stable binders or no binders [36].

A new frontier in this βield is the realization of a miniaturized and multichannel, portable SPR devices [37].


Biological Systems Engineering

For the undergraduate curriculum in biological systems engineering leading to the degree bachelor of science. The Biological Systems Engineering program is accredited by the Engineering Accreditation Commission of ABET, http://www.abet.org/.

Biological Systems Engineering integrates life sciences with engineering to solve problems related to, or using, biological systems. These biological systems may include microbes, plants, animals, humans and/or ecosystems. Biological systems engineers have a worldview shaped by an understanding of fundamental principles of engineering and life-sciences. They use their understanding of engineering to analyze organisms or ecosystems, and their knowledge of biological systems to inspire and inform their designs. They approach engineering design from a biological systems perspective, appreciating the complexity of biological systems and developing solutions that accommodate and anticipate the adaptability of biological systems.

Goal: To educate students to solve problems related to biorenewables production and processing, water quality, environmental impacts of the bioeconomy, food processing, and biosensors, and in so doing to prepare students for professional practice and post-graduate educational opportunities.

Program Educational Objectives: Three to five years after graduation, our graduates will be using the knowledge, skills, and abilities from their biological systems engineering degree to improve the human condition through successful careers in a wide variety of fields. They will be effective leaders, collaborators, and innovators who address environmental, social, technical, and business challenges. They will be engaged in life-long learning and professional development through self-study, continuing education, or graduate/professional school.

Well-qualified juniors and seniors in biological systems engineering who are interested in graduate study may apply for concurrent enrollment in the Graduate College to simultaneously pursue a bachelor of science degree in biological systems engineering and a master of science degree in agricultural engineering. Under concurrent enrollment, students are eligible for assistantships and simultaneously take undergraduate and graduate courses.

A concurrent bachelor of science and master of business administration program is also offered by the department.

The department also offers a bachelor of science curriculum in agricultural engineering. See College of Engineering. Additionally, the department offers bachelor of science curricula in agricultural systems technology and in industrial technology. See College of Agriculture and Life Sciences.

The department also participates in interdepartmental majors in environmental science, sustainable agriculture, biorenewable resources and technology, human computer interaction, and toxicology (see Index).


Mücərrəd

Conspectus

Bioluminescence is widely used for real-time imaging in living organisms. This technology features a light-emitting reaction between enzymes (luciferases) and small molecule substrates (luciferins). Photons produced from luciferase–luciferin reactions can penetrate through heterogeneous tissue, enabling readouts of physiological processes. Dozens of bioluminescent probes are now available and many are routinely used to monitor cell proliferation, migration, and gene expression patterns in vivo.

Despite the ubiquity of bioluminescence, traditional applications have been largely limited to imaging one biological feature at a time. Only a handful of luciferase–luciferin pairs can be easily used in tandem, and most are poorly resolved in living animals. Efforts to develop spectrally distinct reporters have been successful, but multispectral imaging in large organisms remains a formidable challenge due to interference from surrounding tissue. Consequently, a lack of well-resolved probes has precluded multicomponent tracking. An expanded collection of bioluminescent probes would provide insight into processes where multiple cell types drive physiological tasks, including immune function and organ development.

We aimed to expand the bioluminescent toolkit by developing substrate-resolved imaging agents. The goal was to generate multiple orthogonal (i.e., noncross-reactive) luciferases that are responsive to unique scaffolds and could be used concurrently in living animals. We adopted a parallel engineering approach to genetically modify luciferases to accept chemically modified luciferins. When the mutants and analogs are combined, light is produced only when complementary enzyme–substrate partners interact. Thus, the pairs can be distinguished based on substrate selectivity, regardless of the color of light emitted. Sequential administration of the luciferins enables the unique luciferases to be illuminated (and thus resolved) within complex environments, including whole organisms.

This Account describes our efforts to develop orthogonal bioluminescent probes, crafting custom luciferases (or “biological flashlights”) that can selectively process luciferin analogs (or “batteries”) to produce light. In the first section, we describe synthetic methods that were key to accessing diverse luciferin architectures. The second section focuses on identifying complementary luciferase enzymes via a combination of mutagenesis and screening. To expedite the search for orthogonal enzymes and substrates, we developed a computational algorithm to sift through large data sets. The third section features examples of the parallel engineering approach. We identified orthogonal enzyme–substrate pairs comprising two different classes of luciferins. The probes were vetted both in cells and whole organisms. This expanded collection of imaging agents is applicable to studies of immune function and other multicomponent processes. The final section of the Account highlights ongoing work toward building better bioluminescent tools. As ever-brighter and more selective probes are developed, the frontiers of what we can “see” in vivo will continue to expand.


Imaging O2 dynamics and microenvironments in the seagrass leaf phyllosphere with magnetic optical sensor nanoparticles

Eutrophication leads to epiphyte blooms on seagrass leaves that strongly affect plant health, yet the actual mechanisms of such epiphyte-induced plant stress remain poorly understood. We used magnetic optical sensor nanoparticles in combination with luminescence lifetime imaging to map the O2 concentration and dynamics in the heterogeneous seagrass phyllosphere under changing light conditions. By incorporating magnetite into the sensor nanoparticles, it was possible to image the spatial O2 distribution under flow over seagrass leaf segments in the presence of a strong magnetic field. Local microniches with low leaf surface O2 concentrations were found under thick epiphytic biofilms, often leading to anoxic microhabitats in darkness. High irradiance led to O2 supersaturation across most of the seagrass phyllosphere, whereas leaf microenvironments with reduced O2 conditions were found under epiphytic biofilms at low irradiance, probably driven by self-shading. Horizontal micro-profiles extracted from the O2 images revealed pronounced heterogeneities in local O2 concentration over the base of the epiphytic biofilm, with up to 52% reduction in O2 concentrations in areas with relatively thick (>2 mm), compared with thin (≤1 mm), epiphyte layers in darkness. We also present evidence of enhanced relative internal O2 transport within leaves with epiphyte overgrowth, compared with bare seagrass leaves, in light as a result of limited mass transfer across thick outward diffusion pathways. The local availability of O2 was still markedly reduced in the epiphyte-covered leaves, however. The leaf phyllosphere is thus characterized by a complex microlandscape of O2 availability that strongly affects microbial processes occurring within the epiphytic biofilm, which may have implications for seagrass health, as anoxic microhabitats have been shown to promote the microbiological production of reduced toxic compounds, such as nitric oxide.


Nəticələr və Müzakirə

The anatomical localization of the activated cortical regions was done on the basis of the published ranges of Talaraich coordinates for the different areas and known anatomical landmarks. Fig. 1 illustrates averaged activity maps for all five subjects in the stereotaxic space of Talairach and Tournoux (27) for each of the three experimental tasks: BM, FG, and NRM, each contrasted with the baseline. Several clusters were identified across tasks, and Table 1 lists the Talairach coordinates and the z maps of the peak activations of these areas. Both the BM and NRM tasks strongly activated a region in the ventral lateral occipital cortex (Brodmann areas 19/37), which involves the hMT+ (22, 29–32) and the cuneus. The activity in the cuneus was centered on an area corresponding to the human cortical area V3A (33), with the most intense activity seen in the BM task (−22, −84, +24). These areas were not prominently activated in the face discrimination task (Exp. 3).

Comparison of activity across the three experiments. The red lines through the top sagittal slice indicate the position of the axial slices in the figure. A schematic of the three stimuli used is shown on the left. On the right are displayed correlated group z maps showing statistically significant neural activity for each experiment. To generate these z maps for each experiment, a t test was performed to contrast each experiment's task with the control (letter discrimination at fixation). Results from individual subjects were combined to generate group results (see data analysis). The color scale represents the z score of the activation (4 < z < 10). The figure illustrates bilateral activations in the lingual and fusiform gyri in all three tasks. The Face-Gender (FG) discrimination task produces significantly stronger activity in these areas than the other two tasks, and BM had stronger activation than NRM (see Table 1). BM and NRM produce selectively strong activation in the hMT+ and the cuneus, and these areas are not significantly activated on the face-gender discrimination task (Table 1).

Intense activity during FG occurred in the middle posterior fusiform gyrus and the lingual gyrus, which is consistent with specific-face activation areas reported by a large number of functional imaging studies of face perception (23, 34–38). However, strong responses in the fusiform and lingual gyri were also elicited by the BM discrimination task and to a lesser extent by the NRM discrimination task.

In addition to the activation in the fusiform gyrus for both the FG and BM discrimination tasks, support for the hypothesis that the ventral pathway is involved in both tasks is illustrated in Fig. 2. The contrasts performed were between BM and baseline and between FG and baseline. Strong activation during both BM and FG discriminations was observed in the inferior, middle, and superior temporal gyri, roughly corresponding to BA 20, 21, 22, and 38. The BA 38 is a region in the superior temporal gyrus (STG) presumably corresponding to the human analogue of the monkey area STP (3, 39, 40). No activation in BA 38 was seen during the non-rigid direction discrimination task (NRM). Bilateral activation of STG selective to BM (41) was also reported in an fMRI study that contrasted activity during observation of a point-light display portraying a man running with a display of just random motion. The STG region was also activated in a positron-emission tomography (PET) study of visual perception of biologically possible motion contrasted with biologically impossible motion (42).

Brain activity selective to biological motion and faces: emphasis on ventral stream. A schematic of the BM and face-gender (FG) discrimination stimuli used is shown on the left. On the right are displayed correlated group z maps showing statistically significant neural activity for each experiment. To generate these z maps for each experiment, a t test was performed to contrast each experiment's task with the control. Results from individual subjects were combined to generate group results (see Data Analysis). The color scale represents the z score of the activation (4 < z < 10). The figure shows that BM and face-gender tasks produce activations in the STG and BA 22 and 38. This finding supports the hypothesis that the ventral pathway is involved in both tasks.

Fig. 3 illustrates areas of activation along the dorsal pathway, common to the BM and NRM motion tasks but not to the FG task. The contrasts performed were again between baseline and either BM or NRM. As shown in Fig. 1, the strongest activity was in hMT+. The direction discrimination of the point-light walker is a directionally complex locally non-rigid task. To perform it, subjects must discriminate the overall direction of the non-rigid motion pattern of the walker while walking left or right on a treadmill. When subjects are asked to discriminate the point-light walker from a non-walker (the dots still move left or right), the task involves figural recognition. Significant overlap of activation for these two tasks was found in the medial occipital and temporal gyri.

Brain Activity selective to BM and NRM: emphasis on dorsal stream. The red lines through the sagittal slice (upper left) indicate the position of the axial slices in the figure. On the right are displayed group z maps showing statistically significant neural activity for each experiment (BM, face-gender, and NRM). To generate these z maps for each experiment, a t test was performed to contrast each experiment's task with the control. Results from individual subjects were combined to generate group results (see Data Analysis). The color scale represents the z score of the activation (4 < z < 10). The slices corresponding to BM and NRM illustrate activity in the BA 37/19 including the hMT+, BA 39, and BA 7. This finding supports the hypothesis that activation in the dorsal pathway is common to the BM and NRM experiments but not the face-gender discrimination experiment.

şək. 4A shows activation specific only to the BM task in the lateral occipital cortex, a region corresponding to the area KO (Table 1) described as selective to kinetic boundaries (30, 43, 44). We suggest that, in the BM stimulus, kinetic boundaries (corresponding to the structure of the point-light walker) resulted from the integration of the differences in local direction of point-light motions with the goal of determining whether these together constitute the outline of a human silhouette walking. This area might correspond to the motion-defined objects area V3B (45).

Brain activity selective to BM. (A) The red line through the top sagittal slice indicates the position of the axial slice in the figure. On the upper right are displayed group z maps showing statistically significant neural activity for each experiment (BM, face-gender, and NRM). To generate these z maps for each experiment, a t test was performed to contrast each experiment's task with the control. Results from individual subjects were combined to generate group results (see Data Analysis). The color scale represents the z score of the activation (4 < z < 10). Bilateral activations selective to BM discrimination only were observed in KO (x = 28 y = −84, and x = −28 y = −82) and the lateral cerebellum. Mostly in the right hemisphere, the figure illustrates significant activation in the inferior frontal gyrus corresponding to BA47 (x = 44 y = 20). On the bottom left, the lines through the cerebellum in the sagittal slice indicate the angulation of the coronal cut. To the right, the three coronal slices (arranged vertically) show that only BM had activity in the lateral cerebellum. (B) Three axial slices illustrating activation for BM only (single subject). These slices illustrate activity is in KO, lateral cerebellum, and bilaterally in BA 21 (+54, −16, −16 −54, −16, −16) and in the right hemisphere activity in BA 38 (+54, +10, −16). To obtain this image, the sum of z maps from FG and from NRM were subtracted from the sum of z maps from BM and then divided by the square root of the total number of z maps. The resulting group z map, representing activation from BM only, was superimposed on the high resolution MRI in Talairach space.

Recently, it has been reported that the lateral occipital cortex and, thus, probably KO are activated by small kinetic stimuli (like the ones presented here) with or without a contour present. However, when subjects performed the NRM discrimination task, the area KO was not activated. Therefore, we suggest that it is the task, not just the stimulus, that determines the activation areas. This hypothesis is further reinforced by the fact that BM discrimination produced only selective activation in the various areas of the cerebellum. As in previous studies of BM, we observed activity in the posterior lobe of the cerebellum (46) and in the anterior cerebellum, near the midline (47). Based on recent evidence from functional neuroimaging studies of the cerebellum in a variety of cognitive tasks, in particular in judgment of motor activity (48) or verb-generation (49) in response to visually presented nouns, Grossman (47) put forward an intriguing hypothesis. He suggested that, in the point-light walker displays, subjects might label the action portrayed in the BM sequence, thus reproducing activation through cognitive channels. In our study, we found additional strong activity in the lateral cerebellum (Fig. 4 bottom) for the BM recognition task. We suggest that the integration of the non-rigidly moving dots into a recognizable form (a walker) requires visual spatial attention. This hypothesis is supported by the fact that the strongest cerebellar activation was found in the lateral cerebellum, the area QuPO (Table 1), which was previously shown to be selective for visual spatial attention (28, 50). This area of the cerebellum was activated only during the BM task. However, common to all three tasks, there was a distributed network of significant activity involving the anterior cingulate, the frontal eye field, and the superior parietal lobule. These areas have been reported to be involved in directed attention (51), which is necessary for performing all of the tasks in this study.

Significant activation selective to BM was also found in the right inferior frontal gyrus corresponding to BA 45 and 47 (shown in Fig. 4A), which were reported previously in positron-emission tomography studies as being selectively active in visual tasks comparing apparent physically possible and impossible human movements (42) and in tasks comparing meaningful human actions and observations of stationary (hands ref. 52). Strong activation specific to BM recognition were found only in BA 21 and 38, area KO, and the lateral cerebellum. şək. 4B illustrates these BM-specific activations in a single subject after contrasting (BM − NRM) − FG).

General Discussion.

We investigated the specific neuronal substrate of BM perception by comparing brain activity elicited by BM discrimination (BM task), to activity corresponding to discrimination of overall direction of motion in the BM stimuli (NRM task), but without the requirement of processing BM and with face-gender discrimination (FG task). We found that, in the BM task, brain activation was distributed across several cortical areas within the dorsal and the ventral visual processing streams (Figs. 1, 2, and 3). It has been suggested that these streams converge in the STG, areas of STS including a region probably corresponding to the human homologue of the monkey STP. STP is also involved in face discrimination. Previous functional neuroimaging studies in normal human subjects demonstrated involvement of STS and probably STP in BM perception. Bonda və b. (46) in a positron-emission tomography study reported that the lower bank of the right posterior STS was selectively activated for movements of human actors in point-lights displays. STS was also reported active while observers viewed animation sequences of eye and mouth movements (53) or viewed a video of a face silently mimicking pronunciation of numbers and while they repeated silently these numbers. In an fMRI study, Howard və b. (41) reported that optic flow and point-light BM displays activated discrete and distinct regions bilaterally in STS, an area which also responds to auditory stimuli. They suggest that this area (Talairach coordinates +43 −19 +12 (BA41) and −47 −26 +17 (BA 42) within STG may correspond to the human homologue of the macaque STP situated anterior to the hMT+. We did not find activation in these Brodmann areas in any of the three tasks, but strong and specific responses to BM and FG were observed in other regions of the STG and the BA 22 and 38.

The differences in brain activity between the BM and NRM tasks bring further support to the suggestion that the subject's “task,” not just the visual display (the visual stimuli were identical in the BM and NRM tasks), strongly contributes to the pattern of activation (54). şək. 4 AB demonstrated that, in the BM only, subjects need to link the pattern of the dynamic point-lights to determine whether the dots portray a man or not. We suggest that, to accomplish this, they use spatial attention (mediated by the lateral cerebellum), which facilitates the spatial integration of the dots into the overall kinetic form of a walker. Subjects' self reports of their percept during the two tasks support this conjecture. When asked to describe what they saw in the BM display, all subjects reported that they had a vivid percept of a human-figure walking. However, none of the subjects detected the walker in the NRM task, although the stimuli in the two experiments were absolutely identical.


Videoya baxın: Hüceyrə (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Launder

    qoşuluram. Mənimlə də oldu. Gəlin bu məsələni müzakirə edək.

  2. Colman

    İdeal cavab

  3. Javiero

    Nə cümlə ... əladır, fikir əladır

  4. Fejin

    Üzr istəyirəm, amma mənim fikrimcə, səhv edirsən. Mən əminəm. Bunu sübut edə bilərəm. PM-də mənə yazın, sizinlə danışır.

  5. Teuthras

    Məncə səhv edirlər. Biz müzakirə etməliyik. Mənə PM yazın, danışın.

  6. Stiabhan

    Yaxşı fikirdir. Sizi dəstəkləməyə hazırdır.



Mesaj yazmaq