Cell-free system
سیل فری سسٹم ایک ان وٹرو ٹول ہے جو مکمل سیل سسٹم کے علاوہ خلیوں کے اندر ہونے والے حیاتیاتی رد عمل کا مطالعہ کرنے کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے، اس طرح عام طور پر پورے سیل میں کام کرتے وقت پائے جانے والے پیچیدہ تعاملات کو کم کرتا ہے۔ سالماتی مشینری فراہم کرنے کے لیے ذیلی سیلولر حصوں کو الٹرا سینٹرفیوگیشن کے ذریعے الگ کیا جا سکتا ہے جسے بہت سے دوسرے سیلولر اجزاء کی عدم موجودگی میں رد عمل میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ان آسان ماحول کی تخلیق کے لیے یوکرائیوٹک اور پروکرائیوٹک سیل انٹرنلز کا استعمال کیا گیا ہے۔ ان نظاموں نے خلیوں سے پاک مصنوعی حیاتیات کو ابھرنے کے قابل بنایا ہے، جو اس بات پر قابو فراہم کرتا ہے کہ کس رد عمل کی جانچ کی جا رہی ہے، نیز اس کی پیداوار، اور زیادہ حساس زندہ خلیوں کے ساتھ کام کرتے وقت دوسری صورت میں استعمال ہونے والے تحفظات کو کم کرتا ہے۔ خلیات سے پاک نظام کو دو بنیادی درجہ بندی میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: خلیے کے نچوڑ پر مبنی، جو بیرونی استعمال کے لیے پورے خلیے کے اندر سے اجزاء کو ہٹا دیتا ہے، اور صاف شدہ انزائم پر مبنی، جو کسی دیئے گئے عمل میں شامل ہونے والے مالیکیولز کے صاف شدہ اجزاء کا استعمال کرتے ہیں۔ سیل ایکسٹریکٹ پر مبنی قسم اپنے میزبان سے باہر اجزاء کے تیزی سے انحطاط جیسے مسائل کا شکار ہوتی ہے، جیسا کہ کیٹوکا اور دیگر کے مطالعے میں دکھایا گیا ہے۔ جہاں سیل ایکسٹریکٹ پر مبنی قسم کے ایسچریچیا کولی (ای کولی) پر مبنی سیل فری ٹرانسلیشن سسٹم میں ایم آر این اے ٹیمپلیٹ بہت تیزی سے خراب ہو گیا تھا اور اس کی وجہ سے پروٹین کی ترکیب رک گئی تھی۔ تیاری تیاری کے طریقے دونوں قسم کے سیل فری سسٹمز کے حالات کے درمیان مختلف ہوتے ہیں۔ سیل ایکسٹریکٹ پر مبنی نوبل انعام یافتہ ایڈورڈ بوچنر غالبا خمیر کے نکات کا استعمال کرتے ہوئے سیل فری سسٹم پیش کرنے والے پہلے شخص تھے، لیکن اس کے بعد سے متبادل ذرائع مل گئے ہیں۔ ای کولی، گندم کے جراثیم، اور خرگوش کے ریٹیکولوسائٹس سبھی اپنے اندرونی اجزاء کو نکال کر سیل سے پاک نظام بنانے کے لیے مفید ثابت ہوئے ہیں۔ ای کولی 30 ایس کے نکات حاصل کیے گئے ہیں، مثال کے طور پر، الیومینا کے ساتھ بیکٹیریا کو پیس کر، اس کے بعد مزید صفائی کی جاتی ہے۔ اسی طرح، خلیوں کی جھلیوں کو کھولنے کے لیے گندم کے جراثیم کو تیزاب سے دھوئے ہوئے ریت یا پاؤڈر گلاس سے پیس لیا جاتا ہے۔ خرگوش کے ریٹیکولوسائٹس کو ایم جی سی ایل کے محلول میں رکھا گیا ہے اور اس کے نچوڑ کو سینٹری فیوگیشن کے ذریعے جھلی سے دور فلٹر کیا گیا ہے۔ استعمال سیل فری مصنوعی راستہ بائیو ٹرانسفارمیشن بائیو سسٹمز کو ہزاروں سالوں سے استعمال ہونے والے مائکروبیل خمیر کے مقابلے میں ایک نئے کم لاگت والے بائیو مینوفیکچرنگ پلیٹ فارم کے طور پر تجویز کیا گیا ہے۔ سیل فری بائیو سسٹمز کے صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے موزوں کئی فوائد ہیں: بہت زیادہ پروڈکٹ کی پیداوار عام طور پر ضمنی مصنوعات کی تشکیل یا سیل ماس کی ترکیب کے بغیر حاصل کی جاتی ہے۔ مثال کے طور پر، ایک مصنوعی انزائم کے راستے کے ساتھ، نشاستے اور پانی C6H10O5 (l) + 7 H2O (l) → 12 H2 (g) + 6 CO2 (g) کے ساتھ تعامل سے، پولیسیکرائڈز اور پانی کے فی گلوکوز یونٹ میں تقریبا 12 H پیدا ہوا ہے، جو بہترین اینیروبک ہائیڈروجن پیدا کرنے والے مائکروجنزموں کی نظریاتی پیداوار سے تین گنا زیادہ ہے۔ ان وٹرو بائیو سسٹمز کچھ حیاتیاتی رد عمل کو نافذ کر سکتے ہیں جنہیں زندہ جرثومے یا کیمیائی اتپریرک پہلے نافذ نہیں کر سکتے۔ مثال کے طور پر، بیٹا-1,4-گلوکوسیڈک بانڈ سے منسلک سیلولوز کو ایک ہی ری ایکشن کنٹینر میں انٹرا سیلولر اور ایکسٹرا سیلولر انزائمز کے مرکب کے ذریعے الفا-1,4-گلوکوسیڈک بانڈ سے منسلک نشاستے میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ انزیمیٹک نظام، سیلولر جھلی کی رکاوٹ کے بغیر، عام طور پر مائکروبیل نظاموں کے مقابلے میں تیز رد عمل کی شرح رکھتے ہیں۔ مثال کے طور پر، انزیمیٹک فیول سیلز میں عام طور پر مائکروبیل فیول سیلز کے مقابلے میں بہت زیادہ پاور آؤٹ پٹ ہوتے ہیں۔ انزائم کاک ٹیلز مائکروجنزموں سے بہتر زہریلے مرکبات کو برداشت کر سکتے ہیں۔ انزائم مرکب عام طور پر وسیع رد عمل کے حالات میں کام کرتے ہیں، جیسے کہ اعلی درجہ حرارت، کم پی ایچ، نامیاتی سالوینٹس یا آئنک مائع کی موجودگی۔ پروٹین کی ترکیب ان وٹرو بائیو سسٹمز کو آسانی سے کنٹرول کیا جا سکتا ہے اور بغیر جھلی کے ان تک رسائی حاصل کی جا سکتی ہے۔ خاص طور پر، نوبل انعام کی طرف لے جانے والے کام میں نیرن برگ اور میتھائی کے تجربے نے سیل ایکسٹریکٹ پر مبنی قسم کے سیل فری سسٹم کا استعمال کیا، تاکہ منتخب کردہ امینو ایسڈ کو تابکار طور پر ٹیگ کیے گئے مصنوعی پروٹین میں ای کولی سے نکالے گئے 30S کے ساتھ شامل کیا جا سکے۔ مزید حالیہ مطالعات، جیسے کہ اسپیرن اور دیگر کی طرف سے کیا گیا مطالعہ۔ ان کے سیل فری ٹرانسلیشن سسٹم کے پروکیریوٹک اور یوکیریوٹک ورژن کے ساتھ، پروٹین کو پیداوار میں اضافے کے ساتھ ترکیب بھی کیا ہے، جس میں مواد کو شامل کرنے اور مصنوعات کو ہٹانے کے لیے مسلسل بہاؤ جیسی تکنیکوں کو شامل کیا گیا ہے۔ پیداوار میں اس طرح کی پیشرفت کے ساتھ، پیداواری ایپلی کیشنز کو بڑھایا گیا ہے، جیسے کہ فیوژن پروٹین کی ترکیب ممکنہ طور پر بی سیل لیمفوما کے لیے ویکسین کے طور پر کام کرتی ہے۔ مزید برآں، سیل فری پروٹین کی ترکیب تیز پروٹین کی ترکیب کے لیے ایک نیا متبادل انتخاب بنتا جا رہا ہے۔ میٹابولک عمل کی میٹابولک ہیرا پھیری انجینئرنگ سیل فری سسٹمز کے ذریعے حاصل کی گئی ہے۔ بوجارا اور دیگر، مثال کے طور پر، گلائکولیٹک نیٹ ورک کے نکات کا استعمال کرنے کے قابل تھے، جو ای کولی کے انزائموں پر مشتمل تھے جنہوں نے ڈائی ہائیڈروکسیسیٹون فاسفیٹ تیار کیا، تاکہ ڈائی ہائیڈروکسیسیٹون فاسفیٹ کی زیادہ سے زیادہ پیداوار کے حتمی نتیجے کے ساتھ، انزائم کی سطح کو تبدیل کرتے ہوئے میٹابولائٹ کے ارتکاز کا حقیقی وقت میں تجزیہ کیا جا سکے۔ مزید برآں، کالہون اور سوارٹز سیل فری سسٹم کو ایندھن دینے کے لیے گلائکولیٹک انٹرمیڈیٹ کا استعمال کرنے کے قابل تھے، جس سے فاسفونولپیروویٹ رد عمل میں ریجینٹ کے استعمال کے مقابلے میں نسبتا سستی اے ٹی پی نسل کو فعال کیا گیا۔ غیر فطری امینو ایسڈ کو شامل کرنے کے لیے سیل فری سسٹم بھی غیر فطری امینو ایسڈ کو شامل کرنے کے لیے استعمال کیے گئے ہیں۔ شمیزو اور دیگر۔ وہ آر ایف 1 ریلیز فیکٹر کو چھوڑ کر اسٹاپ کوڈن کو سینس کوڈن میں تبدیل کرنے کے قابل تھے، جو غیر فطری حالات میں مطلوبہ امینو ایسڈ داخل کرنے کی صلاحیت کی نشاندہی کرتا ہے۔ یہ ان نظاموں میں استعمال ہوتا ہے جہاں خلیے کے اندر کام کرنا دشواری کا باعث ہوتا ہے، جیسے کہ امینو ایسڈ میٹابولزم کا عمل امینو ایسڈ کی مخصوص لیبلنگ کو روکتا ہے جو کثیر جہتی این ایم آر سپیکٹروسکوپی میں مفید ہوگا۔ کیگاوا اور al.were سیل فری سسٹم میں امینو ایسڈ کو کامیابی کے ساتھ لیبل کرنے کے قابل ہیں جہاں امینو ایسڈ میٹابولزم اب موجود نہیں تھا، اس طرح اس طرح کے نظام کو این ایم آر کے مطالعے کے لیے مفید بناتا ہے۔ حوالہ جات خلیہ حیاتیات