Cell-free system
કોષ-મુક્ત પ્રણાલી એ એક ઈન વિટ્રો સાધન છે જેનો વ્યાપકપણે સંપૂર્ણ કોષ પ્રણાલી સિવાય કોષોમાં થતી જૈવિક પ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે ઉપયોગ થાય છે, આમ સામાન્ય રીતે આખા કોષમાં કામ કરતી વખતે જોવા મળતી જટિલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ઘટાડે છે. સબસેલ્યુલર અપૂર્ણાંકોને અલ્ટ્રાસેન્ટ્રીફ્યુગેશન દ્વારા અલગ કરી શકાય છે જે મોલેક્યુલર મશીનરી પ્રદાન કરે છે જેનો ઉપયોગ અન્ય ઘણા સેલ્યુલર ઘટકોની ગેરહાજરીમાં પ્રતિક્રિયાઓમાં થઈ શકે છે. આ સરળ વાતાવરણના નિર્માણ માટે યુકેરીયોટિક અને પ્રોકેરીયોટિક કોષ આંતરિકનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. આ પ્રણાલીઓએ કોષ-મુક્ત કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનને ઉભરી આવવામાં સક્ષમ બનાવ્યું છે, જે કઈ પ્રતિક્રિયાની તપાસ કરવામાં આવી રહી છે તેના પર નિયંત્રણ પૂરું પાડે છે, તેમજ તેની ઉપજ, અને વધુ સંવેદનશીલ જીવંત કોષો સાથે કામ કરતી વખતે અન્યથા લાગુ કરવામાં આવતી વિચારણાઓને ઘટાડે છે. કોષ-મુક્ત પ્રણાલીઓને બે પ્રાથમિક વર્ગીકરણમાં વિભાજિત કરી શકાય છેઃ કોષ અર્ક-આધારિત, જે બાહ્ય ઉપયોગ માટે આખા કોષની અંદરના ઘટકોને દૂર કરે છે, અને શુદ્ધ એન્ઝાઇમ-આધારિત, જે આપેલ પ્રક્રિયામાં સામેલ હોવાનું જાણીતા અણુઓના શુદ્ધ ઘટકોનો ઉપયોગ કરે છે. કોષ અર્ક-આધારિત પ્રકાર તેમના યજમાનની બહારના ઘટકોના ઝડપી અધઃપતન જેવી સમસ્યાઓ માટે સંવેદનશીલ હોય છે, જેમ કે કિટોકા એટ અલ દ્વારા કરવામાં આવેલા અભ્યાસમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. જ્યાં કોષ અર્ક-આધારિત પ્રકારની એસ્ચેરીચીયા કોલી (ઇ. કોલી) પર આધારિત કોષ-મુક્ત અનુવાદ પ્રણાલીમાં એમઆરએનએ ટેમ્પલેટ ખૂબ જ ઝડપથી અધોગતિ પામ્યું હતું અને પ્રોટીન સંશ્લેષણને અટકાવી દીધું હતું. તૈયારી બંને પ્રકારની કોષ-મુક્ત પ્રણાલીઓની પરિસ્થિતિઓ વચ્ચે તૈયારીની પદ્ધતિઓ બદલાય છે. સેલ અર્ક આધારિત નોબેલ પારિતોષિક વિજેતા એડવર્ડ બુકનર દલીલપૂર્વક યીસ્ટના અર્કનો ઉપયોગ કરીને સેલ-ફ્રી સિસ્ટમ રજૂ કરનાર પ્રથમ વ્યક્તિ હતા, પરંતુ ત્યારથી વૈકલ્પિક સ્રોતો મળી આવ્યા છે. ઇ. કોલી, ઘઉંના જંતુઓ અને સસલાના રેટિક્યુલોસાઇટ્સ તેમના આંતરિક ઘટકોના નિષ્કર્ષણ દ્વારા કોષ-મુક્ત પ્રણાલીઓ બનાવવા માટે ઉપયોગી સાબિત થયા છે. ઇ. કોલી 30 એસ અર્ક હસ્તગત કરવામાં આવ્યા છે, ઉદાહરણ તરીકે, બેક્ટેરિયાને એલ્યુમિના સાથે ગ્રાઇન્ડીંગ કરીને, ત્યારબાદ વધુ સફાઈ કરવામાં આવે છે. તેવી જ રીતે, કોષ પટલને ખોલવા માટે ઘઉંના જંતુને એસિડ-ધોયેલી રેતી અથવા પાવડર કાચ સાથે પીગળવામાં આવે છે. સસલાના રેટિક્યુલોસાઇટ્સને એમ. જી. સી. એલ. ના દ્રાવણમાં જોડવામાં આવ્યા છે અને સેન્ટ્રીફ્યુગેશન દ્વારા પટલમાંથી અર્કને દૂર કરવામાં આવ્યો છે. કોષ-મુક્ત કૃત્રિમ માર્ગ બાયોટ્રાન્સફોર્મેશન બાયોસિસ્ટમ્સને હજારો વર્ષોથી ઉપયોગમાં લેવાતા માઇક્રોબાયલ ફર્મેન્ટેશનની તુલનામાં નવા ઓછા ખર્ચે બાયોમેન્યુફૅક્ચરિંગ પ્લેટફોર્મ તરીકે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવે છે. સેલ-ફ્રી બાયોસિસ્ટમ્સના ઔદ્યોગિક ઉપયોગોમાં યોગ્ય ઘણા ફાયદાઓ છેઃ ખૂબ ઊંચી ઉત્પાદન ઉપજ સામાન્ય રીતે પેટા-ઉત્પાદનોની રચના અથવા સેલ માસના સંશ્લેષણ વિના પૂર્ણ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, કૃત્રિમ ઉત્સેચક માર્ગ સાથે, સ્ટાર્ચ અને પાણી C6H10O5 (l) + 7 H2O (l) → 12 H2 (g) + 6 CO2 (g) સાથેની પ્રતિક્રિયામાંથી, પોલીસેકરાઇડ્સ અને પાણીના ગ્લુકોઝ એકમ દીઠ લગભગ 12 H ઉત્પન્ન થાય છે, જે શ્રેષ્ઠ એનારોબિક હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરતા સુક્ષ્મસજીવોની સૈદ્ધાંતિક ઉપજ કરતાં ત્રણ ગણી વધારે છે. ઈન વિટ્રો બાયોસિસ્ટમ્સ કેટલીક જૈવિક પ્રતિક્રિયાઓ અમલમાં મૂકી શકે છે જે જીવંત સુક્ષ્મજીવાણુઓ અથવા રાસાયણિક ઉત્પ્રેરક પહેલાં અમલમાં મૂકી શકતા નથી. ઉદાહરણ તરીકે, બીટા-1,4-ગ્લુકોસિડિક બોન્ડ સાથે જોડાયેલા સેલ્યુલોઝને એક જ પ્રતિક્રિયા પાત્રમાં ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર અને એક્સ્ટ્રાસેલ્યુલર ઉત્સેચકોના મિશ્રણ દ્વારા આલ્ફા-1,4-ગ્લુકોસિડિક બોન્ડ સાથે જોડાયેલા સ્ટાર્ચમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. સેલ્યુલર પટલના અવરોધ વગરની ઉત્સેચકીય પ્રણાલીઓ સામાન્ય રીતે માઇક્રોબાયલ પ્રણાલીઓ કરતાં વધુ ઝડપી પ્રતિક્રિયા દર ધરાવે છે. દાખલા તરીકે, ઉત્સેચકીય બળતણ કોષો સામાન્ય રીતે માઇક્રોબાયલ બળતણ કોષો કરતાં ઘણું વધારે પાવર આઉટપુટ ધરાવે છે. ઉત્સેચક કોકટેલ સુક્ષ્મસજીવો કરતાં ઝેરી સંયોજનોને વધુ સારી રીતે સહન કરી શકે છે. ઉત્સેચકોનું મિશ્રણ સામાન્ય રીતે વ્યાપક પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓમાં કામ કરે છે, જેમ કે ઉચ્ચ તાપમાન, નીચું pH, કાર્બનિક દ્રાવકો અથવા આયનીય પ્રવાહીની હાજરી. પ્રોટીન સંશ્લેષણ ઈન વિટ્રો બાયોસિસ્ટમ્સને સરળતાથી નિયંત્રિત કરી શકાય છે અને પટલ વિના તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. નોંધપાત્ર રીતે, નોબેલ પારિતોષિક તરફ દોરી જતા કાર્યમાં નિરેનબર્ગ અને માથેઈ પ્રયોગમાં ઇ. કોલીમાંથી કાઢવામાં આવેલા 30S સાથે સંશ્લેષિત પ્રોટીનમાં કિરણોત્સર્ગી રીતે ટેગ કરેલા પસંદ કરેલા એમિનો એસિડનો સમાવેશ કરવા માટે કોષ અર્ક-આધારિત પ્રકારની કોષ-મુક્ત પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. વધુ તાજેતરના અભ્યાસો, જેમ કે સ્પિરિન એટ અલ દ્વારા કરવામાં આવેલ અભ્યાસ. તેમની કોષ-મુક્ત અનુવાદ પ્રણાલીના પ્રોકેરીયોટિક અને યુકેરીયોટિક સંસ્કરણ સાથે, સામગ્રી ઉમેરવા અને ઉત્પાદનોને દૂર કરવા માટે સતત પ્રવાહ જેવી તકનીકોનો સમાવેશ કરીને, વધેલા ઉત્પાદન સાથે પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ પણ કર્યું છે. ઉપજમાં આવી પ્રગતિ સાથે, ઉત્પાદકતાના ઉપયોગોને વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યા છે, જેમ કે ફ્યુઝન પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ જે સંભવિત રીતે બી-સેલ લિમ્ફોમા માટે રસી તરીકે કામ કરે છે. વધુમાં, કોષ-મુક્ત પ્રોટીન સંશ્લેષણ ઝડપી પ્રોટીન સંશ્લેષણ માટે એક નવી વૈકલ્પિક પસંદગી બની રહ્યું છે. ચયાપચયની પ્રક્રિયાઓની ચયાપચયની હેરફેરની ઇજનેરી કોષ-મુક્ત પ્રણાલીઓ દ્વારા પ્રાપ્ત કરવામાં આવી છે. ઉદાહરણ તરીકે, બુજારા અને અન્ય, ડાયહાઇડ્રોક્સીસેટોન ફોસ્ફેટના શ્રેષ્ઠ ઉત્પાદનના અંતિમ પરિણામ સાથે, ઉત્સેચકોના સ્તરોમાં ફેરફાર કરતી વખતે વાસ્તવિક સમયમાં ચયાપચયની સાંદ્રતાનું વિશ્લેષણ કરવા માટે, ડાયહાઇડ્રોક્સીસેટોન ફોસ્ફેટનું ઉત્પાદન કરતા ઇ. કોલીમાંથી ઉત્સેચકો ધરાવતા ગ્લાયકોલિટિક નેટવર્ક અર્કનો ઉપયોગ કરવામાં સક્ષમ હતા. વધુમાં, કેલહૌન અને સ્વાર્ટઝ કોષ-મુક્ત પ્રણાલીને બળ આપવા માટે ગ્લાયકોલિટિક મધ્યવર્તીનો ઉપયોગ કરવામાં સક્ષમ હતા, જે ફોસ્ફોએનોલપાયરુવેટ પ્રતિક્રિયાઓમાં રીએજન્ટ ઉપયોગની તુલનામાં પ્રમાણમાં સસ્તી ATP પેઢીને સક્ષમ કરે છે. અકુદરતી એમિનો એસિડનો સમાવેશ કરવા માટે સેલ-ફ્રી સિસ્ટમનો પણ ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. શિમિઝુ એટ અલ. તેઓ આર. એફ. 1 પ્રકાશન પરિબળને બાદ કરીને સ્ટોપ કોડનને સેન્સ કોડનમાં બદલવામાં સક્ષમ હતા, જે અકુદરતી પરિસ્થિતિઓમાં ઇચ્છિત એમિનો એસિડ દાખલ કરવાની ક્ષમતા સૂચવે છે. આ એવી પ્રણાલીઓમાં ઉપયોગી છે જ્યાં કોષની અંદર કામ કરવું સમસ્યારૂપ હોય છે, જેમ કે એમિનો એસિડ ચયાપચયની પ્રક્રિયા એમિનો એસિડના ચોક્કસ લેબલિંગને અટકાવે છે જે બહુ-પરિમાણીય એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં ઉપયોગી થશે. કિગાવા અને al.were સેલ-ફ્રી સિસ્ટમમાં એમિનો એસિડ્સને સફળતાપૂર્વક લેબલ કરવામાં સક્ષમ છે જ્યાં એમિનો એસિડ ચયાપચય હવે હાજર ન હતું, આમ આવી સિસ્ટમો એન. એમ. આર. અભ્યાસ માટે ઉપયોગી બનાવે છે. સંદર્ભો કોષ જીવવિજ્ઞાન