Ученые придумали, как создать живую материю с помощью 3д-принтера и бактериальных клеток

Ученые в США создали первую живую синтетическую клетку

Живую клетку удалось синтезировать американским ученым – впервые в мире. Исследователи “построили” генетическую программу бактерии и ввели ее в клетку, исполнившую роль матки.

Получившийся в результате микроб выглядел и вел себя в полном соответствии с тем “диктатом”, который осуществлялся через синтезированную ДНК, то есть как бы превратился в микроб другого вида.

Специалисты надеются, что со временем они смогут создавать бактериальные клетки, которые будут вырабатывать медикаменты и топливо и даже, возможно, абсорбировать парниковые газы.

Это событие, отчет о котором публикует журнал Science, называют прорывом в науке, однако скептики говорят, что синтез живых организмов влечет за собой немалый риск.

Нажать
Ваше мнение

Генетический код

Обратите внимание

Работой руководил доктор Крейг Вентер, создатель института генных исследований с отделениями в американских штатах Мэриленд и Калифорния. Раньше он с коллегами уже создавал синтетический геном бактерии и пересаживал геном одной бактерии в другую.

Нажать
Схема эксперимента

Даже некоторых ученых беспокоит то, что у нас недостаточно средств для измерения рисков, которые могут представлять собой столь новые организмы, когда они окажутся “на воле”

Сюзан Уоттс,
редактор отдела науки Би-би-си

Теперь же ученые совместили оба метода с целью создания “синтетической клетки” – так они сами называют свое творение, несмотря на то, что действительно синтетическим является не вся клетка, а только ее геном.

Доктор Вентер сравнил эту работу с написанием программного обеспечения для клетки: ученые скопировали геном существующей бактерии, затем расшифровали его, разложили по полочкам все составляющие, а потом при помощи “синтезирующей машины” химическим путем изготовили копию.

“Теперь мы получаем возможность брать нашу синтетическую хромосому и трансплантировать ее в клетку-реципиент, то есть в другой организм, – объясняет доктор Вентер в интервью Би-би-си. – Как только эта новая программа внедряется в клетку, клетка ее считывает и превращается в тот вид, который прописан в этом генетическом коде”.

Новая бактерия воспроизвела себя более миллиарда раз; в результате появились ее копии, содержащие синтетическую ДНК и подконтрольные ей.

“Впервые синтетическая ДНК взяла на себя полный контроль над клеткой”, – говорит доктор Вентер.

Нажать
Письма со всего мира
Нажать

Новая промышленная революция?

Он и его коллеги надеются со временем научиться проектировать и строить новые бактерии, которые будут выполнять полезные для человека функции.

[Эти технологии] позволят нам оторваться от нефтяной соски и хотя бы частично сократить урон окружающей среде

Крейг Вентер, автор исследования

“Я думаю, потенциально это новая промышленная революция, – говорит ученый. – Если мы сумеем заставить клетки производить то, что нам нужно, они позволят нам оторваться от нефтяной соски и хотя бы частично сократить урон окружающей среде, улавливая углекислоту”.

Доктор Вентер и его сотрудники уже работают в союзе с фармакологическими и топливными компаниями над созданием хромосом для бактерий, которые смогут производить топливо и вакцины.

Скептики, однако, предупреждают: не стоит преувеличивать потенциальные выгоды синтеза организмов.

Важно

Так, доктор Хелен Уоллес из британской организации Genewatch UK, наблюдающей за исследованиями в области генетики, заявила в интервью Би-би-си, что синтетические бактерии могут быть опасными.

“Если выпустить новые организмы в окружающую среду, вреда может выйти больше, чем пользы, – говорит она. – Выпуская их в зоны загрязнений – с целью очистки, – вы, по сути, создаете загрязнение иного рода. Мы не знаем, как такие организмы поведут себя на свободе”.

Червивый фрукт?

При этом доктор Уоллес обвиняет доктора Вентера в том, что он пытается замолчать вероятные проблемы. “Он не бог, – объясняет она. – Он вообще-то вполне себе человек, он пытается добиться того, чтобы в его технологию инвестировали средства, и избежать возможных ограничений на ее использование”.

На это доктор Вентер отвечает, что он сам “инициирует дискуссии” о регулировании этой относительно новой научной сферы и об этических нормах его деятельности.

В будущем [эти технологии] могут использоваться для создания самого мощного биооружия

Профессор Джулиан Савулеску

“В 2003 году, когда мы произвели первый синтетический вирус, он стал объектом пристального рассмотрения в смысле этичности его использования и прошел все ступени, вплоть до Белого дома, – напоминает ученый.

– Кроме того, наши работы тщательно проверялись, в том числе и в Национальной академии наук [США], а итоги проверок вылились в детальный отчет по этой новой области.

Мы считаем эти проблемы очень важными и призываем к продолжению дискуссий, в которых намерены участвовать”.

Доктор Гос Миклем, генетик из Кембриджского университета в Великобритании, называет достижение американских коллег “безусловной вехой”. Однако, добавляет он, “уже имеется большое количество простых, недорогих, эффективных и зрелых методов генетической инженерии целого ряда организмов. Таким образом, на сегодняшний день этот подход вряд ли вытеснит существующие методики генной инженерии”.

Что касается этических дискуссий вокруг синтетической, или искусственной, жизни, то они будут продолжаться.

Профессор Джулиан Савулеску из Центра практической этики при Оксфордском университете отмечает: эта область науки находится “в отдаленном будущем, но она реальна и важна”.

“Но и риски тоже беспрецедентны, – продолжает эксперт. – Нужны новые стандарты оценки рисков такого рода радикальных исследований и защиты от нецелевого их использования в военных или террористических целях. В будущем они могут использоваться для создания самого мощного биооружия, какое только можно себе представить. Задача состоит в том, чтобы съесть фрукт, но не червя”.

  • Ученые расшифровали код хромосомы клетки бактерии, “прочитав” каждую букву генетического кода при помощи компьютера
  • Ученые скопировали этот код и воссоздали новую синтетическую хромосому, сложив вместе участки ДНК
  • Затем хромосому вложили в бактериальную клетку, которая стала делиться. Синтетическую бактерию можно использовать для создания новых видов топлива и лекарств

Нажать
Вернуться в статью

Источник: https://www.bbc.com/russian/science/2010/05/100518_synthetic_living_cell

Станут ли бактерии, напечатанные на 3d принтере, электроникой будущего?

«Носимая техника» — так называются «умные» электронные устройства, которые можно носить на себе, или имплантировать в тело. Предлагая заманчивые перспективы для разработчиков инновационной техники в спорте, здравоохранении, моде и развлечениях, 3d печать открывает новые возможности для носимой техники, такой как вторая электронная кожа и «умные» ткани.

В проведенном недавно исследовании, группа ученых из Массачусетского технологического института (МТИ) разработала «живые» биологические чернила для 3d принтера, которые не только «умные», но и способны полностью изменить наше представление об этой технологии. Используя естественные реакции бактерий, устройства, изготовленные с применением таких чернил, представляют собой основные строительные блоки носимой техники, не использующей электричество.

Эти биочернила для 3d печати созданы той же самой группой МТИ, которая недавно предложила мягкие роботизированные перчатки для ловли рыбы. Новые чернила увеличивают обширный портфель «умных» материалов, разрабатываемых в МТИ.

3d печать и программирование генно-инженерных бактерий

Данное исследование материалов в МТИ проводилось под руководством профессора  Ксуан Жхао (Xuanhe Zhao) и д-ра Тимоти Лу (Timothy Lu) из лаборатории мягких активных материалов. В качестве подтверждения концепции группа ученых продемонстрировала, как можно генетически изменить бактерии в биочернилах для 3d принтера, чтобы они светились при получении определенного химического сигнала.

Вначале приготавливаются чернила, ингредиенты которых делают их идеальной микросредой для живой материи. К гидрогельной основе ученые добавили фотосенсибилизатор, обеспечивающий схватывание материала, а также гранулы бактериальных клеток, питательные вещества и деионизированную воду.

При приготовлении чернил было очень важно выбрать подходящие бактерии, поскольку предыдущие попытки, в которых использовались другие клетки, оказались неудачными.

«Оказалось, что эти клетки умирали во время процесса печати, потому что клетки млекопитающих, в основном, представляют собой двухслойные липидные пузыри, — поясняет Хиунву Юк (Hyunwoo Yuk), один из соавторов исследования. — Они слишком слабые и легко разрушаются».

Введение цифровых бактерий. Фотография МТИ

Клетки бактерий были выбраны потому, что защищающие их стенки способны выдержать давление в процессе 3d печати и жить в водной среде гидрогелей. Бактерии были генетически изменены, что позволило им вырабатывать зеленые флуоресцентные белки (GFP), либо в нормальном состоянии, либо при активации определенным химическим сигналом.

3d печать сложных живых структур при помощи живых чернил

В качестве первого примера ученые напечатали на 3d принтере сложные, видимые невооруженным глазом структуры (размером 3 см) с микроскопической точностью (30 мкм).

Сюда входили квадрат, сплошная пирамида, пирамида с пустотами и купол. Эти сложные конструкции были разработаны с использованием программ SOLIDWORKS и CADfusion, затем нарезаны на слои и напечатаны при комнатной температуре при помощи трехосевой технологии роботизированного нанесения Aerotech.

Гидрогельные чернила подавались из непроницаемого для ультрафиолетового света цилиндра шприца емкостью 5 мл через форсунки диаметром от 30 до 250 мкм.

Совет

Первоначально чернила наносились 3d принтером на перекрестную матрицу. Такая конструкция была необходима для обеспечения жизнеспособности и чувствительности клеток в живой сети.

Затем создавалось химическое перекрестное соединения путем облучения гидрогеля, полученного в результате 3d печати, ультрафиолетовым светом.

После этого гидрогельные чернила с образованными поперечными связями помещались во влажные условия.

Для демонстрации того, как различные сигнальные химические соединения могут активировать выработку GFP в разных участках полученной формы, ученые напечатали на 3d принтере пирамиду с использованием двух разных штаммов бактерий.

При воздействии определенным химическим сигналом, верхний элемент и основание пирамиды окрашивались во флуоресцентный зеленый цвет, в то время как боковые ее стороны оставались красными.

Сложные объекты, полученные на 3d принтере с использованием живых гидрогельных чернил. Фотография VCH-Verlag.

3d печать живых татуировок

Вторым примером стало использование трех разных гидрогельных чернил, с применением различных штаммов бактерий. Здесь 3d печать использовалась для создания «живой татуировки», отражающей присутствие на коже определенных химических сигналов.

Татуировка печаталась клетками живых бактерий, и представляла собой древовидный рисунок на тонком слое эластомера. Затем она наклеивалась на кожу человека.

Три ветви дерева были напечатаны на 3d принтере разными штаммами живых бактерий, реагирующими на разные сигнальные химические соединения. В течение нескольких часов ветви деревьев начинали светиться, когда бактерии реагировали на соответствующий химический раздражитель на коже.

Диаграмма, показывающая напечатанную на 3d принтере татуировку с различным растяжением кожи (b). Подсветка при помощи GFP в результате реакции на различных участках кожи (с). Фотография VCH-Verlag.

Возможные компьютерные применения 3d печати гидрогельных чернил

Третьей возможностью применения гидрогельных чернил в 3d печати являются вычислительные операции. Вместо взаимодействия электронных компонентов в компьютерном чипе, можно запрограммировать взаимодействие клеток и химических соединений, создав логические вентили для выполнения булевских операций.

Линии чернил располагаются таким образом, что вместо электронного ввода, значению 0 или 1 соответствует отсутствие или присутствие активных компонентов. Точно также отсутствие или присутствие вырабатываемых GFP соответствует значению 0 или 1 на выводе. Таким способом можно программировать материал.

«Каждая клетка в структуре выполняет простую вычислительную операцию, —  поясняет Лу — Однако при пространственном объединении их в трехмерные структуры, взаимодействие между различными типами клеток и химическими соединениям в разных участках может породить информативные схемы и обеспечить сложные логические вычисления».

Читайте также:  Особенности и принципы выделения чистых культур бактерий

Схема, демонстрирующая, как определенные комбинации химических веществ и биочернила могут образовывать логические вентили. Фотография VCH-Verlag.

От умной механики к умной биологии

Помимо применения в создании логических вентилей и химических детекторов, 3d печать с использованием живых биочернил имеет и медицинское применение.

«Мы можем использовать бактериальные клетки в качестве рабочих на 3d фабрике, — говорит Лу.

— Их можно подвергнуть генной инженерии, чтобы они вырабатывали лекарства внутри 3d платформ, и их применение не ограничивается только устройствами, помещаемыми на кожу.

До тех пор пока метод создания чернил, и используемый подход сохраняют жизнеспособность бактерий, возможны такие применения, как имплантаты и продукты питания«.

Источник: http://3dpechataem.ru/3-d-printing-news/stanut-li-bakterii-napechatannyie-na-3d-printere-elektronikoy-budushhego/

Бактериальные «чернила» для 3D-принтера

С помощью трехмерной печати из бактерий можно довольно быстро создавать разнообразные химические датчики и даже микросхемы для «клеточного компьютера».

Рука с бактериальным деревом, напечатанном на 3D-принтере; три части рисунка соответствуют трем разным генетическим модификациям бактерий. (Фото: MIT.)

В напечатанном дереве из бактерий три части рисунка реагировали каждая на свое вещество. (Фото: MIT.)

Технология трехмерной печати позволяет использовать в качестве «чернил» самые разные вещества. И действительно, в последнее время что только не загружают в 3D-принтеры, начиная от хитроумных термо- и светочувствительных полимеров, из которых делают предметы, меняющие форму при изменении температуры или освещенности, и вплоть до белков, из которых создают полусинтетические органы. (Об одном таком органе мы как-то писали – это был яичник, белковый каркас для которого создали именно с помощью 3D-принтера.)

Обратите внимание

Более того, время от времени исследователи пытаются напечатать что-то прямо из живых клеток. Но пока что клеточная печать далеко не продвинулась, по той простой причине, что наши клетки, которых от внешней среды ограждает всего лишь двуслойная липидная мембрана, не выдерживают условий метода и гибнут.

Ну а если взять не клетки человека и животных, а бактерий? У них ведь кроме мембраны есть еще достаточно мощная клеточная стенка, и вообще бактерии не так чувствительны к экстремальным воздействиям, как клетки эукариот, так что вполне возможно, что 3D-принтер они легко переживут.

Чтобы печатать бактериями, для них нужно подобрать среду, в которой их они бы могли бы жить, будучи нанесенными на поверхность. В бактериальных «чернилах», созданных Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) и его коллегами из Массачусетского технологического института, носителем для бактерий сделали гидрогель на основе плуроновой кислоты: такой гидрогель удерживает воду с питательными веществами, позволяя клеткам жить и функционировать, и вполне подходит для 3D-принтера.

Перед экспериментом бактерии проходили генетическую модификацию, которая делала их чувствительных к тому или иному веществу: если в среде появлялось нужное вещество, бактерии синтезировали флуоресцентный белок. Затем с помощью 3D-принтера на специальном эластичном материале печатали древообразный рисунок, состоящий из бактерий трех типов, реагирующих на три разных вещества (понятно, что принтер позволяет смешивать и чередовать «чернила» так, как нам вздумается). Получившийся рисунок приклеивали к человеческой руке, которую перед тем смочили раствором с тремя видами сигнальных молекул – и в итоге рисунок на руке начал светиться: разные бактерии почувствовали каждая свое вещество и сделали в ответ флуоресцентный белок.

В статье в Advanced Materials говорится, что бактериальные «3D-чернила» позволяют печатать с очень высоким разрешением – до 30 микрометров, что, в свою очередь, наводит на мысль о бактериальных микросхемах, в которых группы бактерий выполняют логические операции, подобно микросхемам в компьютере.

О бактериальном калькуляторе мы уже как-то писали. Его суть в том, что бактерии обрабатывают определенные химические сигналы, которые могут сочетаться по правилам логических операторов AND, OR и т. д. В случае бактериальной микросхемы бактерии могут передавать сигналы другим бактериям, которые, в зависимости от комбинации сигналов, будут формулировать ответ. Такая микросхема вполне может анализировать сложные химические условия среды, учитывая комбинации разных веществ, температуру и т. д. (Некоторые из таких микросхем напечатали сами авторы работы.)

Но даже если пока не задумываться о «клеточных компьютерах», то и в простом виде бактериальные «распечатки» могут сыграть большую роль в биотехнологии и медицине. Поскольку методы генетической инженерии позволяют «настроить» бактерий на самые разные соединения, то можно представить, сколько разнообразных химических датчиков можно довольно быстро сделать с помощью трехмерной печати, кроме того, из них можно делать умные лекарства, которые высвобождали бы препараты в строго определенное время и в строго определенных условиях. 

Источник: https://www.nkj.ru/news/32739/

3D печать бактериями и электроника будущего. 3D технологии

«Носимую технику», которая внедряется в тело человека, уже не считают фантастикой. А теперь благодаря использованию естественной реакции бактерий на определенный раздражитель, носимая техника может работать и без электричества.

В Массачусетском технологическом институте активно занимаются всевозможными инновациями. Портфель материалов, разрабатываемых МТИ, пополнился «умными живыми чернилами».

Совсем недавно ученые-исследователи из МТИ разработали биочернила на основе живых клеток, которые используются для 3D печати.

Это по-настоящему «умные чернила», меняющие на 180 градусов представления о медицине, электронике и в целом использовании 3D технологий.

Важно

Бактериальные чернила для 3D принтера были разработаны создателями роботизированных мягких перчаток, используемых для рыбалки. Исследования связаны с именами таких ученых как профессор Ксуан Жхао и доктор Тимоти Лу. Они трудятся в лаборатории, разрабатывающей мягкие активные материалы.

Эти ученые провели исследования в области программирования генно-инженерных бактерий. Чтобы подтвердить свою концепцию ученые использовали биочернила с бактериями, измененными на генетическом уровне так, что при взаимодействии с химическим сигналом определенного рода они начинали светиться.

Чернила выполнены из специальных ингредиентов, которые подобраны так, чтобы в совокупности составлять идеальную среду для живых клеток. Гидрогельная основа смешана с фотосенсибилизатором, который гарантирует схватывание, гранулами клеток бактерий, питательными веществами и деионизированной водой.

Первые попытки не принесли нужного результата, так как сначала ученые использовали клетки млекопитающих, которые не выдерживали процесс 3D печати и погибали.

Дело в том, как пояснили ученые, что эти клетки – это по сути двуслойные липидные пузыри, то есть слишком слабы и склонны к легкому разрушению. Были подобраны иные, которыми оказались бактериальные клетки – они отвечали всем требованиям.

Стенки бактерий очень прочны и выдерживают значительное давление, которое возникает в ходе 3D печати. Кроме того они прекрасно живут в водной гидрогельной среде.

В ходе исследований бактериальные клетки были подвергнуты генетической модификации таким образом, что, как реакция на определенный химический сигнал, клетками начиналась выработка флуоресцентных белков зеленого цвета.

Для начала ученые спроектировали в SOLIDWORKS и CADfusion геометрические структуры в виде квадрата, пирамиды, пирамиды с пустотами и полусферы.

Совет

Затем они в программе обработали их слайсером и передали на 3Д принтер, который живыми чернилами на базе бактерий осуществил печать.

В результате получились небольшие фигурки, но невооруженный глаз их прекрасно видит. Размеры фигур составляли 3см, а точность печати 30мкм.

Для 3D печати была использована Aerotech – технология трехосевого роботизированного нанесения. Печать осуществлялась без создания определенных температурных условий. Чернила на основе гидрогеля из УФ-непроницаемого корпуса шприца подавались в рабочую зону при помощи форсунок, диаметр которых составлял 30-250мкм.

Слой биочернил был нанесен на перекрестную матрицу, чтобы обеспечить жизнеспособность клеток и их чувствительность к живой сети. В дальнейшем гидрогель подвергался УФ-облучению, благодаря чему образовывалось перекрестное химическое соединение. В конце процесса биочернила помещались в условия с высокой влажностью.

Чтобы продемонстрировать, как можно при помощи сигнальных химикатов активировать выработку флуоресцентных белков на разных поверхностях, была напечатана пирамида, в которой были использованы разные штаммы бактерий.

В ходе опытов структуры подвергались воздействиям химического сигнала, что провоцировало окрашивание определенных частей пирамиды: макушка и нижняя часть пирамиды становились зелеными, а боковые части не меняли начального красного цвета.

Ученые пошли дальше и создали «живую татуировку». На базе трех видов гидрогельных чернил на основе разных штаммов бактерий, были напечатаны татуировки, которые отражают определенные химические сигналы, присутствующие на коже человека.

Татуировка была выполнена в виде древовидного рисунка, нанесенного на тонкий эластомер. После печати татуировка была наклеена на кожу. Отдельные ветви татуировки светились, в зависимости от присутствия химического раздражителя на коже, на который реагировали бактерии.

Обратите внимание

Также можно найти применение живым чернилам в сфере медицины. В частности такие чернила, а точнее бактериальные клетки в них, могут применяться как рабочие на фабрике.

Генная инженерия позволяет добиться того, что под воздействием определенного реагента клетки будут вырабатывать лекарства в 3D платформе, и их можно использовать не только как подкожное устройство.

Пока будет удаваться поддерживать жизнеспособность бактерий, можно использовать данный метод для печати имплантатов или продуктов питания.

3D печать живыми гидрогельными чернилами может также использоваться и в области компьютеров. В частности, можно заменить электронное взаимодействие микрокомпонентов в чипах, на запрограммированное взаимодействие клеток и химреагентов. В результате можно решать логические задачи и выполнять булевские операции.

В классической схеме на вводе присутствуют элементы, которым будет соответствовать значение 0 или 1.

Линии чернил можно расположить таким образом, что данным значениям будет соответствовать наличие активных компонентов или их отсутствие.

То же самое можно сделать и на выводе, то есть наличие соответствующих белков будет соответствовать 1 или 0. Это значит, что есть возможность запрограммировать материал.

В общей структуре материала каждая единичная клетка может выполнять вычислительную операцию.

Важно

Но если объединить эти клетки в пространстве в определенную трехмерную структуру, то взаимодействие на разных участках может рождать информационные структуры, способные решать очень сложные задачи.

Это значит, что посредством живых чернил можно создавать трехмерные химические детекторы и логические вентили.

Источник: https://3d-services.ru/3d-pechat-bakteriyami-i-elektronika-budushhego/

Ученые из MIT создали татуировку из живых клеток

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) изобрели временную «татуировку», состоящую из генетически запрограммированных живых клеток. Их прототип похож на прозрачную наклейку с рисунком, напоминающим дерево.

Сам рисунок разделен на несколько секций, содержащих живую флуоресцентную бактерию, которая может взаимодействовать с определенными химическими соединениями.

Когда кожа, находящаяся под наклейкой, подвергается воздействию этих соединений, то загорается соответствующий участок татуировки.

Исследованием и созданием стимуло-реагирующих материалов, которые можно было бы превратить в умные материалы для использования в различных видах электроники, ученые занимаются очень давно. Десятилетиями.

Например, материалы, реагирующие на тепло, можно было бы использовать при создании самособирающихся или передвигающихся роботов, а материалы, реагирующие на определенные химические вещества, – для создания различных химических датчиков.

С развитием технологий 3D-печати появились новые способы производства, не требующие больших затрат. Этот метод стал частой практикой для создания экспериментальных прототипов в лабораторных условиях.

Свое применение технология нашла и в сфере производства стимуло-реагирующих материалов.

Совет

Однако команда инженеров под руководством профессора Сюань Хэ Цяо из Массачусетского технологического института решила проверить, можно ли применить метод 3D-печати при использовании легко получаемых и программируемых живых клеток.

Читайте также:  Как определить вирусную инфекцию по симптомам: отличие от бактериального заражения

Предыдущие исследования показали, что для этого по крайней мере не годятся клетки млекопитающих. Они не могут выжить в суровых условиях процессов 3D-печати, например, при сильном давлении во время экструзии материала или во время ультрафиолетового облучения, используемого для скрепления структуры, что является частой практикой для упрочнения напечатанного материала.

«Оказалось, что все эти клетки гибнут во время процесса печати. Дело в том, что клетки млекопитающих по сути представляют собой липидные двуслойные шарики. В общем, они слишком слабы и легко разрушаются», — говорит соавтор работы Хьён Ву Юк.

Бактериальные клетки, в свою очередь, имеют прочную защитную оболочку и гораздо выносливее. Помимо этого, эти клетки лучше совместимы с большинством гидрогелей – материалов, в своем составе имеющих воду и полимеры и использующихся в различных лабораторных и практических медицинских целях.

Используя бактериальные клетки, генетически запрограммированные на флуоресцентную реакцию в ответ на воздействие различных химических веществ, команда из MIT разработала чернила, состоящие из гидрогеля, клеток и набора питательных веществ, поддерживающих жизнь этих клеток. Чернила имеют плотную структуру и позволяют печатать при достаточно высоком разрешении в 30 микрометров (0,03 миллиметра). Инженеры напечатали пробный рисунок на лист эластомера, а затем приклеили его к коже, на которую предварительно были нанесены химические вещества.

В течение нескольких часов контакта бактерии с химическим стимулятором части напечатанного рисунка татуировки подсвечивались.

Помимо этого, ученые также создали бактериальные клетки, способные общаться между собой и подсвечиваться при получении определенных сигналов от других клеток.

Исследователи протестировали их в трехмерной структуре, наложив друг на друга два напечатанных гидрогелевыми нитями слоя. Бактерии загорались только тогда, когда контактировали друг с другом и получали коммуникационные сигналы.

«Это пока совсем уж далекое будущее, но в итоге мы хотим найти возможность печати живых вычислительных платформ, которые смогут использоваться в носимой электронике», — прокомментировал Юк.

Что же касается ближайшего времени, то команда исследователей ищет возможность применения разработанной ими технологии в производстве химических датчиков и систем направленной доставки лекарственных препаратов, которые могут быть запрограммированы на выпуск лекарств или той же глюкозы в организм в нужное время.

Источник: https://Hi-News.ru/technology/uchenye-iz-mit-sozdali-tatuirovku-iz-zhivyx-kletok.html

Создана первая искусственная клетка

 

ЗАДАТЬ ВОПРОС РЕДАКТОРУ РАЗДЕЛА (ответ в течение нескольких дней)

21 июня 2010 09:51   |   Татьяна Васильева

Группа ученых под руководством Крэйга Вентера, первооткрывателя  генома человека, создала  первую искусственную и контролируемую человеком живую клетку из искусственно сделанного им  генома – генетической структуры.  Хорошо это или плохо, опасно ли или крайне необходимо человечеству?  На эти темы предлагают поразмышлять  специалисты в терапии Посольства медицины.

В мае 2010 года, почти 15 лет спустя  после начала  исследований в этой области, американские ученые  объявили о создании  первой синтетической клетки, которая работает на основе  созданного ими синтетического генома.

В статье, опубликованной в престижном научном журнале “Science” , исследователи Института Крэйг Вентер сообщают о создании искусственной клетки. Термин «искусственной» в данном случае используется в связи с тем, что для ее  построения была применена искусственная,  кирпичик за кирпичиком, участок за участком сложенная генетическая структура.

Обратите внимание

Сама же клетка, сформированная на основе искусственной ДНК  и искусственно созданной хромосомы, является совершенно натуральной. 

Эта  же группа ученых в 2003 году полностью расшифровала геном человека, а в 2007 – создала искусственную хромосому, собрав ее из химических субстанций. Все это были предварительные шаги для того, чтобы сейчас использовать эти  достижения генетики в создании  первого экземпляра искусственной живой клетки. 

Метод создания ее безусловно является сложным и многоступенчатым, но генетикам  это  оказалось  вполне по силам: синтетическую клетку  создали из четырёх разных субстанций, использовали для этого особый химический синтезатор и, конечно же, новейшие достижения  информатики.

Как заявляют авторы этой работы, целью ее был поиск  решения проблем загрязнения окружающей среды и поиск новых источников энергии.

Предполагается  использовать этот метод для создания микроорганизмов, которые могут связывать углекислый газ,  а также для  производства новых видов топлива.

  В планах ученых  применение  метода искусственного создания живых клеток  в разработке новых вакцин и терапии  заболеваний, производстве пищевых продуктов и очистке воды.

Команда Вентера не создала «жизнь» из ничего. В эксперименте был искусственным способом создан синтетический геном, и по этой «выкройке» была создана новая бактерия. Процесс этой работы  по выращиванию  живой клетки позволил экспериментаторам  лучше понять, как работают живые клетки.

Сообщение о том, что  создана синтетическая бактерия вызвала полемику среди  специалистов в медицине и биологии. Раздаются голоса о том, что подобные научные работы опасны.

Ведь никто не берется предсказать, как поведут себя новые микроорганизмы,  и какие «сюрпризы» они могут преподнести человечеству. Дорогие читатели, если вы читаете эту статью не  сайте Посольства медицины, то она заимствована там неправомочно.

Важно

Многие считают, что необходимо запретить эксперименты  в этой области и наложить на них мораторий.

С точки зрения редакции Посольства медицины, политикой запретов невозможно остановить  развитие научной мысли.

Крэйг Вентер утверждает, что им были хорошо взвешены этические и социальные аспекты его работ, и над осторожностью перед возможными рискованными последствиями этих экспериментов взяли верх представления о их несомненной пользе для  человечества,  прежде всего, в области медицины и терапии различных заболеваний.

Следующим шагом ученых должно стать создание более сложных организмов, которые должны служить конкретным целям человека. Но  прежде чем сделать это,  предстоит еще огромная работа по определению предназначения каждого гена в живых клетках. 

Источник: http://www.medicus.ru/terapy/specialist/sozdana-pervaya-iskusstvennaya-kletka-34130.phtml

3D-печатная материя из бактерий – bioLogic, расширяется и сокращается, когда вы потеете

Если идея вкрапления активных старых бактерий в одежду для регулировки степени потоотделения кажется вам отвратительной, подумайте еще раз.

Исследователи из лаборатории MIT Media (Массачусетского технологического института) обнаружили, что старые бактерии японских ферментированных соевых бобов могут расширяться и сокращаться, вступая в контакт с потом и влагой, и начали работу с дизайнерами одежды Королевского художественного колледжа и спортивным брендом New Balance над созданием биогибридного 3D-печатного материала под названием bioLogic, который можно будет использовать для пошива обычной и спортивной одежды.

Материя bioLogic производится на основе клеток натто, которые вкрапливаются непосредственно в синтетическую эластичную ткань с помощью специально созданного 3D-принтера.

Если вы не бывали в Японии и не смотрели соответствующих видео на YouTube, натто – это традиционное японское блюдо из ферментированных соевых бобов, широко известное своей вязкой текстурой, а также очень насыщенным вкусом и запахом.

Его делает таким особенным тот факт, что оно производится посредством ферментации сенной палочки натто (Bacillus Subtilis Natto), случайно открытой ничего не подозревающим японским самураем во время битвы.

Бактерии натто, живущие в сухих стеблях риса, чрезвычайно восприимчивы к воздействию сырости, влажности и жары и меняют свой размер и форму в зависимости от условий окружающей среды.

Хотя самураи обнаружили, что могут использовать эти бактерии для трансформации соевых бобов в липкое сытное блюдо, тысячи лет спустя исследователи лаборатории MIT применяют их для создания революционной материи, которая может изменить процесс изготовления и дизайн повседневной одежды.

Поскольку бактерии натто расширяются и сокращаются в ответ на влагу, посредством вкрапления в одежду их можно использовать для создания «охлаждающих разрезов», которые открываются и закрываются по мере нагревания тела.

Когда уровень влажности растет, каждая клетка натто действует как «наноактуатор» и быстро расширяется до 50% от первоначального размера.

Используя эту способность, команда bioLogic разработала собственный 3D-биопринтер низкого разрешения, который может распределять клетки натто прямо на синтетическую эластичную ткань.

«Мы начинаем разработку автоматической печатающей системы, которая сможет «наживлять» свежие клетки на тонкую материю, – сказал представитель MIT Media Lab Джиффи Оу. – Разный уровень расширения и сжатия нового материала создает множество вариантов изгиба в пространстве и времени».

Полученный в результате биогибридный материал можно взять с 3D-принтера и включить в структуру обычного материала.

«Проект BioLogic позволяет нам исследовать новые инновационные материалы во взаимодействии с традиционными технологиями изготовления одежды», – сказал Оскана Анилионайт, дизайнер исследовательской команды.

Произведя разрезы на ткани по специальному образцу, похожему на ромбовидную чешую рептилий, как показано в видео ниже, и нанося на них штрихи из натто-клеток при помощи 3D-биопринтера, дизайнеры могут контролировать, как и где элемент одежды будет реагировать на температуру тела. В случае с танцорами треугольные разрезы вдоль спины и лопаток, где производится наибольшее количество тепла, отгибаются, выпуская тепло и пропуская внутрь свежий воздух.

«Дизайн был спроектирован благодаря реакции клеток натто на различные части тела, и он создает действительно плавные движения, – сказал Оскана. – Ощущения от ношения такой одежды очень необычны, поскольку она оживает сразу после того, как вы её надеваете. Мода меняется, и этот проект является её частью».

Совет

Биогибридный материал получит еще одно практическое применение, если поместить в него схемы нагрева, которые позволят управлять им при помощи электрических сигналов.

Команда исследователей продемонстрировала и другие примеры использования натто-бактерий, напечатанных на 3D-принтере, в реальной жизни: насыщенная натто-бактериями этикетка чайного пакетика, которая активируется потоком горячей воды, показывающим, когда чай готов к употреблению; биогибридные цветы, которые открывают и закрывают лепестки и даже меняют цвет под воздействием тепла, похожего на солнечное; и даже напечатанный на 3D-принтере абажур для лампы, который меняет свою форму в зависимости от температуры лампочки, меняя количество света, рассеиваемого по комнате.

Однако больше всего впечатляет вариант сотрудничества с брендом New Balance, который, возможно, захочет использовать эту материю для пошива спортивной одежды, повышающей результативность занятий, для потребителей или профессиональных атлетов.

«Эти живые клетки выращиваются в биолаборатории, собираются при помощи системы 3D-биопринтера низкого разрешения и преобразуются в элементы одежды, «вторую кожу», – говорят исследователи. – Мы представляем себе мир, в котором актуаторы и чувствительные элементы можно выращивать, а не производить, то есть получать природным способом в противовес созданию на фабриках».

Проект bioLogic – прогрессивный пример разработок исследовательской организации Tangible Media Group.

Он был создан в сотрудничестве с химико-технологическим факультетом Массачусетского технологического института (MIT), Королевским художественным колледжем (Royal College of Art) и спортивным брендом New Balance.

Среди членов команды, в которой можно найти профессионалов в области дизайна, искусства, науки и техники: Лайнинг Яо, Вен Ванг, Гуанум Ванг, Хелен Штайнер, Джифи Оу, Оксана Нилионайт и профессор Хироси Исии.

Источник: https://3d-expo.ru/ru/article/3d-pechatnaya-materiya-iz-bakteriy—biologic-rasshiryaetsya-i-sokrashchaetsya-kogda-vi-poteete

3D принтеры и биоматериалы –uefima.ru

19 октября 2017 : UEFIMA.RU :  3D технологии активно развиваются во всех направлениях. Появляются домашние устройства, которые, например, предлагает производитель Felix. 3D принтер может купить любой пользователь и печатать объемные предметы в домашних условиях.

Настоящий прорыв – использование 3Д принтеров в медицине. Печать с помощью биоматериалов может использоваться в трансплантологии, позволяя спасать жизни. Чтобы напечатать органы, используют технологию послойного наложения. Разница – в используемом материале.

Вместо гипса и пластика применяют живые клетки и ткани, из которых получается гелеобразная масса. Клетки постепенно развиваются и растут, превращаясь в живую ткань. Эта ткань может нормально функционировать в организме человека.

Таким образом, 3Д печать может заменить донорские органы.

Напечатанные органы сейчас используют студенты-медики и хирурги, которые отрабатывают свои навыки. Костные ткани, полученные с помощью 3Д принтеров, уже сейчас используют для пересадки. Ученые, используя 3Д принтер, смогли «напечатать» кровеносные сосуды, используя для этого сахар.

Сахар постепенно растворяется и выводится из организма, не причиняя вреда. Одна из компаний ставит целью «печать» живых органов, которые срастаются с организмом, заменяя собой больные или поврежденные ткани.

Читайте также:  Бактерии и их роль в функционировании живой природы

Современные ученые приблизились к возможности создания почек и печени. Наибольшая проблема, связанная с созданием почек, – то, что они функционируют всего лишь четыре месяца. Поэтому проект, позволяющий получать живые органы, нуждается в доработках, а его результаты интересны как практикующим медикам, так и больным.

Обратите внимание

Раньше возможность получать человеческие органы буквально «из ничего» казалась выдумкой сценаристов или писателей. Но кто бы мог подумать, что современные ученые сделают реальной возможность получения человеческих органов, тем самым дав надежду многим больным. Уже сейчас есть примеры успешных операций, когда для пересадки использовались ткани, полученные с помощью принтера 3Д.

Как уже говорилось, трехмерная печать может быть использована не только в промышленности или медицине, но и в домашних условиях. Для этого пригодится 3D принтер Wanhao, позволяющий вам печатать всякие «безделушки» или полезные в быту предметы. Однако не нужно ожидать от бытового принципа профессионального качества печати.

Заказ печати плакатов и постеров в профессиональной типографии

Печать плакатов и полиграфия играет огромную роль в мире рекламы, ведь именно разнообразие рекламного сообщения, а также габариты и креативный дизайн плакатов и другой полиграфической продукции позволяет компаниям лидировать в своей сфере.

Особенности печати постеров и плакатов

Обычно печать производится типографиями, специализирующимися на полиграфической продукции. Печать на холсте и другие услуги осуществляется только сотрудниками, которые имеют огромный опыт, здесь важно высокое качество и от него зависит успешность печати в целом.

Сотрудники предоставляют широкий спектр услуг печати, монтажа рекламы, брендирования, фотопечать на холсте.

Рекламная продукция помогает компаниям выделиться среди конкурентов, удержать старых и привлечь новых клиентов. Сотрудники имеют достойный опыт, однако главное, почему компания лидирует среди подобных типографий в своей сфере, это применение современного высококачественного оборудования зарубежного производства.

Оно гарантирует высокую скорость печати продукции в любых объемах, а также отличное качество.

Услуги доступны фирмам в любом конце страны, достаточно связаться с менеджером по телефону и сделать заказ, дальше задача ложится на плечи сотрудников. Они позаботятся о том, чтобы вы получили стопроцентную поддержку.

Самой востребованной услугой является фотопечать, ее применяют не только для рекламной продукции, но и для украшения офиса, домашнего интерьера.

Основные моменты полиграфии

Также особую часть работы составляет полиграфия, она очень популярна, часто реклама определяется качеством полиграфии.

Сотрудники компании сделают полиграфическую продукцию быстро и качественно, также в компании можно заказать наружную рекламу, это отличный способ выделиться среди конкурентов, компания поможет клиентам изготовить вывески, таблицы, объемные буквы, сделать печать на оракле.

Промопродукция является самой востребованной в рекламной сфере, компактность, простота сборки делает продукцию незаменимой на выставках, конференциях и презентациях, даже среди услуг компании можно заказать достойный вариант рекламной продукции, заказать дизайн и другие услуги. Главная цель типографии сделать услуги качественными, быстрыми и полностью удовлетворить запросы заказчиков.

Источник: http://www.uefima.ru/texnologii/3d-printery-i-biomaterialy.html

Впервые создана искусственная живая клетка

Британская The Independent публикует интервью с Крейгом Вентером, в котором он разъясняет суть научной работы по созданию живой клетки, полностью управляемой искусственно синтезированной хромосомой.

Впервые человек создал целиком хромосому из 1,08 млн пар оснований и трансплантировал ее в клетку, а хромосома впервые взяла под контроль клетку и практически превратила ее в существо нового вида, определяя его свойства”, – пояснил он.

“Считаете ли вы, что это искусственная жизнь?” – спросил корреспондент Стив Коннор.

Крейг ответил утвердительно, пояснив, что ученые начали с живой природной клетки, но синтетическая хромосома полностью преобразила эту клетку, так что получилась искусственная: “Единственная ДНК в клетке – синтезированная, единственные белки – закодированные в синтезированной ДНК”. “Мы создали новую жизнь на базе уже существующей: с помощью синтетической ДНК перепрограммируем клетки, превращая их в новые, с заданной ДНК”, – добавил ученый.

Важно

В качестве “подопытного кролика” была выбрана бактерия Mycoplasma mycoides. Искусственная бактерия живет в лаборатории в специальной среде и самостоятельно размножается, но во внешней среде выжить не может, сообщил Крейг.

По словам ученого, создание бактерии шло нелегко: когда в геноме допустили всего одну ошибку из более чем миллиона, клетка не ожила.

Конечная цель исследований – разобраться в природе жизни и ответить на вопрос, какой минимальный набор генов необходим, чтобы существо ожило.

“Вы играете в сотворение жизни, словно вы Бог?” – спросил корреспондент. “Мы об этом уже говорили: это клише каждый раз вспоминают, когда в науке, особенно в биологии, совершается радикальное открытие”, – ответил Крейг.

Он заявил, что наука старается использовать новые познания на благо человечества, но следует опасаться использования новых открытий в дурных целях.

“Я предложил новые регуляторные меры в этой области: думаю, что существующих недостаточно”, – добавил Крейг.

Впервые в истории создана искусственная живая клетка, которая всецело управляется рукотворным геномом, излагает The Wall Street Journal вчерашнее заявление ученых из частного J.Craig Venter Institute. Работами руководили пионер геномики Крейг Вентер и биоинженер Дэниел Гибсон.

“Экспериментальный одноклеточный микроорганизм, способный размножаться, открывает дорогу для манипуляции биологической жизнью в ранее недостижимом масштабе”, – пересказывает корреспондент мнения исследователей и специалистов по научной этике.

Ранее ученые лишь редактировали ДНК по кусочкам, получая генномодифицированные растения и животных.

“Это поворотный момент в отношениях человека с природой: впервые создана целая искусственная клетка с заранее заданными свойствами”, – пояснил молекулярный биолог Ричард Эбрайт из Университета Рутджерса.

Вскоре метод будет использоваться в коммерческих целях: некоторые компании уже разрабатывают живые организмы, способные синтезировать топливо, вакцины и др. Компания, основанная Вентером, уже заключила с Exxon Mobil Corp.

контракт на 600 млн долларов на разработку водорослей, способных поглощать углекислый газ и производить топливо.

Совет

Материалом для работы Вентера стала бактерия, вызывающая маститы у коз, Mycoplasma mycoides, уточняет The Guardian. Результатом исследования, на которое ушло 40 млн долларов и более десяти лет, стал первый микроб, который растет и размножается под руководством синтетического генома, но при этом ведет себя как любая другая бактерия M. mycoides.

По словам Вентера, новая бактерия стала “доказательством мысли, что теоретически мы можем вносить изменения в целый геном организма, добавлять абсолютно новые функции, удалять те функции, которые нам не нужны, и создать целый ряд промышленных организмов, которые направят все свои усилия на то, чтобы выполнить наши задания. Пока этот эксперимент не увенчался успехом, все соображения были теоретическими. Теперь они реальны”.

“Пионер генетики сумел создать в лабораторных условиях первую форму синтетической жизни, и это достижение делает возможным создание новых организмов из ничего”, – утверждает журналист La Stampa.

Биолог Крейг Вентер, который в 2000 году завершил создание карты генома человека, возглавил команду из 10 ученых и добился фантастического результата. “Мы на пороге новой эры, в которой жизнь будет создаваться на благо человечества”, – заявил Крейг.

Синтетическая клетка получила название Mycoplasma mycoides JCVI-syn 1.0. Она была создана в институте, носящем имя Вентера, учеными, работу которых координировал Дэниел Гибсон.

Но реакция на новость была неоднозначной, продолжает издание. Если Марк Бедо, философ из Reed College, Портланд, говорит о “моменте, важном для истории биологии и биотехнологии”, то Джулиан Савулеску, доцент практической этики из Оксфорда, уверен, что ученый “не только искусственно копирует жизнь или модифицирует ее, но и приближается к роли, схожей с ролью Бога”.

Тему продолжает другой материал, напечатанный в La Stampa. Во имя разума и веры епископ Могаверо, председатель совета Итальянской Епископальной Конференции по юридическим вопросам, предостерегает от разработки “сценариев искусственной жизни и создания бионического человека в лаборатории”.

В ходе беседы с журналистом епископ сказал: “Христианство не предполагает неизбежного конфликта между верой и научным прогрессом.

Напротив, Господь создал человеческие существа, наделенные разумом, и поставил их над всеми другими созданиями. Однако существует фундаментальное различие.

Обратите внимание

Человек произошел от Бога, но он не Бог: он остается человеком, и он обладает способностью давать жизнь, продолжая род, а не создавая ее искусственным путем”.

Епископ также подчеркнул, что человеческая природа придает достоинство человеческому геному, а не наоборот. “Те, кто занимаются наукой, никогда не должны забывать, что существует лишь один создатель – Бог”. В заключение религиозный деятель сказал: “Вызывающая тревогу перспектива постчеловеческого мира обязывает нас немедленно положить конец анархии науки”.

Потенциал “искусственной жизни” – как благой, так и зловещий – легко переоценить, замечает обозреватель The Times Марк Хендерсон. Крейг Вентер уверяет, что его метод позволит создавать микробов с полезными свойствами.

Критики Вентера подчеркивают могущество “искусственной жизни” в ином ключе – делая упор на потенциале биологических ошибок и биотеррора. Однако неясно, эффективен ли метод для более сложных, чем бактерия Mycoplasma mycoides, организмов.

Что касается терроризма, то химическое оружие надежнее микробов, а естественные патогены использовать легче, чем искусственные, полагает автор.

Ученые совершили значительный шаг к созданию искусственной жизни, пересадив разработанный с помощью компьютера генетический материал в клетку бактерии и создав тем самым новый бактериальный штамм, сообщает The Christian Science Monitor, однако работа Вентера поднимает глубинные вопросы о происхождении и сущности жизни. Появление первой колонии синтетических клеток стало переломным с биологической и философской точки зрения событием, признает издание.

“Со времен Аристотеля ученые, философы и богословы спорили о том, является ли жизнь чем-то большим, чем сочетание химических веществ, – кто-то называл это “душой”, другие – “жизненным порывом”, жизненной силой, отличающей живое от неживого, – говорит специалист по биоэтике из Пенсильванского университета Артур Кэплан.

– Команда Вентера показала, что при правильном смешении неодушевленных химических веществ, создающих последовательности ДНК, и должном соединении с клеткой-рецептором ДНК получается живой организм”. По его мнению, работу Вентера можно считать “окончательным аргументом в пользу механистического восприятия” органической жизни.

Эксперт Hastings Center Грегори Кебник убежден, что на данной стадии развития зарождающаяся технология не заслуживает столь ожесточенных дискуссий.

Синтетическая биология пока работает с микробами, а не со сложными организмами вроде растений или животных, а опыты преследуют исключительно промышленные цели.

Важно

Однако ученые должны внимательно относиться к обеспокоенности общества: результаты последних экспериментов Вентера могут повлечь за собой бурю общественного возмущения, отметил Дэвид Ропейк, консультант по управлению рисками в Harvard School of Public Health.

Возможно, расширение сферы исследований потребует введения некоторых самоограничений со стороны ведущих специалистов по синтетической биологии, резюмирует издание.

Источник: http://madan.org.il/ru/news/vpervye-sozdana-iskusstvennaya-zhivaya-kletka

Ссылка на основную публикацию