شرکتی که توسط فارغ التحصیلان MIT تأسیس شده است به هر کسی اجازه می دهد آزمایش های DNA را انجام دهد | اخبار MIT

اگر به دانش‌آموزان سراسر جهان قدرت مطالعه و دستکاری ژن‌ها را در لوله آزمایش بدهید، با آن چه می‌کنند؟

MiniPCR bio اولین بار فروش دستگاه‌های واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) قابل حمل و ارزان خود را در سال 2013 آغاز کرد. این دستگاه‌ها به کاربران اجازه می‌دهند تا رشته‌های خاصی از DNA را در عرض چند دقیقه تکثیر کنند و سپس آزمایش‌هایی را از طریق یک برنامه تلفن انجام دهند.

از آن زمان، بنیانگذاران از میزان یادگیری و تحقیقی که از دستگاه ها به دست آمده است شگفت زده شده اند.

محققان این ماشین‌ها را به جنگل‌های بارانی آمازون، اقیانوس‌های عمیق و جزایر دورافتاده برده‌اند تا کارهایی مانند طبقه‌بندی DNA ویروس ابولا، توالی‌بندی ژن‌ها در حیوانات در حال انقراض و نظارت بر بیماری‌ها را انجام دهند. صدها هزار دانش‌آموز از این ماشین‌ها برای آزمایش‌های عملی کلاس درس استفاده کرده‌اند. این ماشین‌ها حتی به عنوان بخشی از طرح ابتکاری Genes in Space miniPCR bio به ایستگاه فضایی بین‌المللی رفته‌اند.

آزمایش‌های فضایی توسط دانش‌آموزان راهنمایی و دبیرستان به عنوان یکی از پروژه‌های miniPCR bio در آموزش طراحی شده است که تمرکز اصلی آن است. تا به امروز، miniPCR bio بیش از 20000 دستگاه خود را به مدارس 80 کشور در سراسر جهان فروخته است.

Ezequiel Alvarez Saavedra PhD ’08، یکی از بنیانگذاران miniPCR bio، درباره تأثیر این شرکت می گوید: «من هنوز آن را تکان دهنده می دانم. ما هر هفته ایمیل‌هایی از معلمان دریافت می‌کنیم که از ما تشکر می‌کنند و به ما می‌گویند که چقدر یادگیری در کلاس به دلیل دستگاه ما بهبود یافته است. هرگز فکر نمی کردم این اتفاق بیفتد.»

تبدیل PCR به جریان اصلی

آلوارز ساودرا هزاران آزمایش را با ماشین‌های PCR انجام داد که به محققان کمک می‌کند قطعات خاصی از DNA و RNA را تکثیر کنند. سی الگانس کرم. پس از اتمام دکترای خود در سال 2008، او مطمئن نبود که چگونه به حرفه تحقیقاتی خود ادامه دهد، اما در اوقات فراغت خود در فروشگاه سرگرمی MIT کار می کرد و می دانست که دوست دارد چیزهایی بسازد، بنابراین شروع به کار با یک شرکت مهندسی کوچک برای طراحی کرد. یک ماشین ساده تر

آلوارز ساودرا می‌گوید: «اصلاً به راه‌اندازی یک شرکت فکر نمی‌کردم. من فقط مهندسی را دوست داشتم و امیدوار بودم بیشتر در مورد آن بیاموزم.

دستگاه های PCR از طریق یک سری تغییرات دما کار می کنند. ابتدا DNA در داخل لوله های نمونه دستگاه گرم می شود. گرما دو رشته DNA را از هم جدا می کند. سپس، در طول فاز سرد شدن، مولکول‌هایی که نقطه شروع و پایان DNA را مشخص می‌کنند که دانشمندان می‌خواهند آن‌ها را تکثیر کنند، روی اهداف خود می‌چسبند. همانطور که دستگاه PCR نمونه را دوباره گرم می کند، آنزیمی در بخش هدف DNA پر می شود و نوکلئوتیدهای A را با Ts و نوکلئوتیدهای C را با Gs مطابقت می دهد. چرخه گرما-سرد-گرما بارها و بارها تکرار می شود تا زمانی که میلیون ها نسخه از بخش هدف تولید شود.

آلوارز ساودرا می‌گوید: «PCR واقعاً کار بیولوژی مولکولی است. PCR به شما این امکان را می دهد که در ناحیه مورد علاقه خود زوم کنید – ماده اولیه می تواند یک ژنوم کامل یا یک قطعه کوچک از DNA باشد – و سپس کاری با آن انجام دهید. مثلاً می‌توانید آن را دنباله‌بندی کنید یا می‌توانید تکه‌ای از آن را بردارید.»

ماشین های PCR سنتی هزاران دلار هزینه دارند و معمولاً از خنک کننده ترموالکتریک برای تغییر دما استفاده می کنند. ماشین‌های MiniPCR که محبوب‌ترین آنها 650 دلار قیمت دارد، از یک فن و یک بخاری لایه نازک استفاده می‌کنند که طراحی آن‌ها را ساده‌تر کرده و کارکرد آن‌ها را بسیار کم‌مصرف می‌کند.

این تغییرات ماشین ها را ارزان می کند. همچنین استفاده از آنها بسیار ساده تر از همتایان آزمایشگاهی خود هستند. یک برنامه ساده به کاربران امکان می‌دهد نوع آزمایشی را که می‌خواهند اجرا کنند انتخاب کنند، و یک نمودار دما با تصاویر متحرک به دانش‌آموزان و محققان اجازه می‌دهد در هر مرحله دنبال کنند.

در سال 2013، آلوارز ساودرا با سباستین کریوز، یک همکار آرژانتینی که دکترای خود را در دانشکده پزشکی هاروارد گرفته بود، شریک شد تا بهترین حالت استفاده را برای اختراع جدید در نظر بگیرد. بنیانگذاران تصمیم گرفتند تا دسترسی به دستگاه های PCR را برای دانش آموزان دبیرستانی و راهنمایی در سراسر جهان گسترش دهند.

برای نشان دادن ماشین‌ها به مربیان برای اولین بار، بنیانگذاران در یک جلسه آموزشی توسعه حرفه‌ای برای معلمان در MIT شرکت کردند.

آلوارس ساودرا به یاد می آورد: «ما آن را به مدت 10 دقیقه نشان دادیم و معلمی در پشت اتاق بلافاصله گفت: «من 10 تا از آن ها را می خواهم». “ما فکر کردیم خوب است، چیزی اینجا وجود دارد.”

بنیانگذاران 20 ماشین اول را خودشان ساختند و تعداد زیادی از آنها را در اتاق نشیمن و زیرزمین Ezequiel ذخیره کردند تا اینکه همسرش به آنها پیشنهاد داد دفتری پیدا کنند.

خوشبختانه، miniPCR bio به سرعت در فضای آموزشی مورد توجه قرار گرفت. بسیاری از مدارس دسته‌ای از دستگاه‌های miniPCR را برای گروه‌هایی از دانش‌آموزان خریداری می‌کنند تا مستقیماً با آنها کار کنند.

آلوارز ساودرا می‌گوید: «مدارس ایالات متحده سال‌هاست که PCR را آموزش می‌دهند، اما تقریباً هیچ‌کس در آن زمان دستگاه PCR نداشت. «اگر مدرسه‌ای یک دستگاه PCR داشته باشد، پشت کلاس می‌نشیند. وقتی در حال تدریس هستید، می‌خواهید گروه‌های کوچکی از دانش‌آموزان آزمایش‌هایی انجام دهند که به هر یک اجازه می‌دهد بیشتر عمل کند.»

همانطور که تأثیر زیستی miniPCR بر آموزش مقیاس‌پذیر شد، همچنین در میان محققانی که از قیمت پایین، کارایی و مناسب بودن دستگاه برای سفر به مناطق دورافتاده استقبال می‌کنند، طرفداران وفاداری پیدا کرد.

محققان دستگاه‌ها را از باتری‌های شارژ شده با پنل‌های خورشیدی خارج کرده‌اند و آزمایش‌هایی را بدون ترک میدان انجام داده‌اند. زمانی که یکی از محققین در تلاش بود ویروس ابولا را در آزمایشگاهی موقت در سیرالئون توالی‌یابی کند، دستگاه‌های miniPCR که او برای آموزش تکنسین‌های آزمایشگاه آورده بود نسبت به دستگاه‌های PCR سنتی – بسیار گران‌تر – که او برای کارش آورده بود مؤثرتر بود.

آلوارز ساودرا می گوید: «خیلی خوب است که به شما یادآوری شود کاری که انجام می دهید تأثیر دارد.

PCR و فراتر از آن

در اوایل، بنیانگذاران این ایده را داشتند که دانش‌آموزان آزمایش‌هایی را برای فضانوردان برای دویدن در فضا طراحی کنند. این ایده به یک مسابقه ملی تبدیل شد که با مشارکت بوئینگ برگزار شد و از دانش‌آموزان دبیرستانی و راهنمایی دعوت می‌کند تا آزمایش‌های DNA پیشگامی را پیشنهاد کنند که چالش‌های موجود در اکتشاف فضا را برطرف می‌کند. تیم‌های فینالیست دستگاه‌های miniPCR را برای مدارس خود دریافت می‌کنند و برندگان می‌توانند آزمایش‌های انجام‌شده خود را در ایستگاه فضایی بین‌المللی ببینند.

آلوارز ساودرا می گوید: «بچه ها فضا و زیست شناسی مولکولی را بسیار هیجان انگیز می دانند.

MiniPCR تاکنون هشت ماموریت انجام داده است. این برنامه تنها نمونه ای از توانایی تیم miniPCR برای ادامه نوآوری است. این شرکت همچنین سیستم های ارزان قیمتی را برای تجسم DNA و آنزیم ها ارائه می دهد. همچنین پروژه هایی برای اجرای آزمایش های کلاس درس با استفاده از ویرایش ژن و زیست شناسی مصنوعی توسعه داده است. پروژه دوم که Biobits نام دارد، در آزمایشگاه جیم کالینز، پروفسور ترمیر مهندسی پزشکی و علوم در MIT توسعه داده شد.

Biobits با ایجاد کارخانه‌های مولکولی که پروتئین‌های رنگارنگ، آنزیم‌های کاربردی و غیره را تولید می‌کنند، به دانش‌آموزان اجازه می‌دهد تا با زیست‌شناسی مصنوعی آشنا شوند. آلی هوانگ، دانشجوی فارغ التحصیلی در آزمایشگاه کالینز که به توسعه Biobits کمک کرد، به تیم miniPCR برای کمک به راه‌اندازی اولین آزمایشگاه‌های Biobits پیوست و به گسترش این برنامه در کلاس‌های درس در سراسر کشور کمک کرد.

آلوارز ساودرا می گوید: «ما سعی می کنیم به جایی برویم که علم هیجان انگیز است. “با همه این برنامه ها، دیوانه کننده است. شما آن را خاموش می کنید و شروع به شنیدن از مردم در همه این مکان های دیوانه می کنید. در ابتدا، این حتی قرار نبود یک شرکت باشد. اما فوق العاده ساده است. حدس می‌زنم زیبایی آن در همین است.»