O equipamento para uso em um biolaboratório varia de acordo com a função pretendida do laboratório. Um laboratório de microbiologia exigirá no mínimo uma incubadora, uma área de trabalho estéril e uma panela de pressão para esterilização. Idealmente, também teria uma centrífuga e materiais de vidro apropriados, como placas de Petri e tubos de ensaio. Um laboratório de biologia molecular (DNA/Proteína) exigirá mais equipamentos para manusear, visualizar e armazenar DNA/Proteína. Um laboratório de cultura de tecidos vegetais se assemelharia a um laboratório de microbiologia, mas teria iluminação artificial instalada nas câmaras de crescimento.
Aqui estão alguns exemplos de equipamentos facilmente adquiridos/fabricados para um laboratório de biotecnologia, divididos vagamente por função. Como muitos laboratórios exigirão uma configuração microbiológica básica para funcionar (por exemplo, um laboratório de manipulação de DNA exigirá que micróbios carreguem e armazenem DNA com segurança), suponha que um laboratório de microbiologia seja o laboratório "mínimo".
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Laboratório de Microbiologia
Um laboratório que permite o crescimento, armazenamento e manuseio seguro de micróbios, sejam bactérias, leveduras ou outros fungos, ou algas unicelulares, é um laboratório de microbiologia. Os requisitos incluem esterilidade, incubação, manuseio/armazenamento seguro e descarte seguro quando relevante.
As funções de um laboratório de microbiologia incluem diagnóstico médico por cultura tradicional de amostras de sangue ou pele, propagação de cepas e espécies importantes para a agricultura, aumento de cepas úteis para fermentação ou compostagem, fermentação nutricional de leveduras e bactérias para consumo ou como base para métodos de biologia molecular, como manipulação de DNA.
Incubação
Uma incubadora pode ser produzida usando um simples termostato e um aquecedor, e um compartimento ou recipiente bem isolado. Um exemplo simples é uma caixa de transporte de poliestireno com uma esteira de aquecimento infravermelho radiativo e um termostato para animais de estimação, que pode manter uma incubadora de 30°C com facilidade e precisão.
Esterilização
Uma panela de pressão pode ser usada para esterilizar líquidos, sólidos e equipamentos estáveis ao calor, mantendo a temperatura e a pressão máximas por 20 a 25 minutos. Para confirmar a esterilização, normalmente utiliza-se uma fita indicadora química que muda de cor, embora culturas de esporos estáveis ao calor também possam ser utilizadas como indicadores; após a esterilização, a cultura indicadora é incubada e observada quanto ao crescimento, o que indicaria uma falha na esterilização. A cultura de esporos usual usada para isso é Bacillus stearothermophilis , embora os esporos de B.subtilis (abaixo) provavelmente sejam suficientes.
Para equipamentos termoestáveis, embrulhar em papel alumínio e assar a 200°C por 1:20 horas é suficiente. Períodos de tempo mais longos a temperaturas mais baixas também podem ser usados se 200°C estiver fora do alcance do equipamento disponível.
Onde há filtros disponíveis, a esterilização por filtros é um meio atraente de esterilizar líquidos lábeis ao calor, como amostras de antibióticos. Os filtros podem consistir em filtros de "vela" usados para esterilização de água (embora os requisitos estritos de um laboratório possam exigir filtração dupla) ou cartuchos de filtro alimentados por seringa. É possível (embora nunca testado) que filtros de celulose de kombuchá produzidos internamente possam ser usados se forem tratados adequadamente e se for aplicada pressão adequada.
Finalmente, para ingredientes termolábeis, pode ser utilizada a tindalização; durante três dias consecutivos, o vapor é usado para pasteurizar a amostra. Células bacterianas/leveduras/fúngicas vegetativas (em crescimento) são mortas durante o processo de cozimento a vapor e, à medida que novas células germinam nos dois dias seguintes, elas também são mortas. Este processo é um pouco mais suave do que o cozimento sob pressão, mas é mais trabalhoso e sujeito a falhas.
Centrifugação
Uma centrífuga é usada para separar células de uma cultura líquida e para transferir células de uma amostra de cultura para outra, possivelmente com etapas de “enxágue”. O procedimento é simples; as células são giradas em alta velocidade para que sejam sedimentadas contra o fundo do frasco/tubo de amostra, e o líquido em que foram suspensas pode então ser removido com uma pipeta. As células sedimentadas podem então ser ressuspensas em um novo líquido usando agitação com uma pipeta ou invertendo/agitando em vórtice/agitando/girando o tubo.
DremelFuge é um rotor de centrífuga impresso em 3D que pode ser instalado em uma multiferramenta Dremel ou em uma furadeira e é um hardware de código aberto.
Blenderfuge é uma centrífuga produzida pela perfuração de um rotor para uso em um liquidificador doméstico ou similar.
Área de trabalho estéril
Um filtro HEPA, talvez reaproveitado de um automóvel ou aspirador de pó ou como parte de um purificador de ar ambiente, pode ser usado para direcionar um fluxo de ar estéril para uma superfície, proporcionando uma área de trabalho estéril. Dentro desta área, as amostras esterilizadas provavelmente permanecerão estéreis com métodos laboratoriais adequados por parte do operador.
Um queimador de Bunsen ou um queimador de acampamento com uma forte chama azul pode produzir uma área de esterilidade eficaz, tanto pela circulação do ar que passou pela chama quanto pelo fornecimento de uma corrente ascendente local que evita a contaminação descendente de amostras e placas de Petri.
Culturas
Essenciais para um laboratório de microbiologia são os micróbios a serem cultivados. Podem ser espécies nativas ou selvagens cultivadas para estudo ou desenvolvimento, amostras médicas (manusear com cuidado) ou culturas laboratoriais fornecidas por outro laboratório. As cepas laboratoriais merecem destaque especial:
E.coli é a bactéria prototípica e o "organismo modelo" da biociência moderna. Contrariamente à sua má reputação, a maioria das estirpes de E.coli são relativamente inofensivas e provavelmente podem ser encontradas vivendo tranquilamente dentro da maioria dos mamíferos. As cepas de laboratório de E.coli são derivadas principalmente de uma cepa de laboratório chamada E.coli K12 e geralmente são muito incompetentes para sobreviver na natureza (ou no intestino, nesse caso).
Cepas de laboratório de E.coli são usadas na maioria dos laboratórios para transportar construções de DNA chamadas Vetores , que geralmente se referem a moléculas circulares de DNA chamadas Plasmídeos . É como parte desses plasmídeos que a maioria dos sistemas transgênicos são entregues em E. coli para serem lidos e processados, ou como construções intermediárias a caminho de serem totalmente desenvolvidos em outra espécie. Como a E.coli pode ser forçada a manter estavelmente os plasmídeos dentro da célula com altos números de cópias de plasmídeos por célula usando antibióticos e genes codificados de resistência a antibióticos, tem sido o principal método de escolha para armazenar DNA entre os usos.
No entanto, a exigência de antibióticos neste caso de uso torna o uso de tais plasmídeos resistentes a antibióticos inadequado para uso comunitário; os antibióticos são, em primeiro lugar, demasiado importantes para serem desperdiçados desta forma e, em segundo lugar, são demasiado caros ou difíceis de produzir localmente para este fim. Além disso, a E.coli geralmente requer refrigeração a temperaturas muito baixas para permanecer estável, normalmente -80°C em um biolaboratório institucional ou comercial. Atender a esse requisito em um laboratório comunitário exigiria despesas muito grandes, utilizando uma escala de engenharia que está longe de ser resiliente.
B.subtilis é outra bactéria modelo usada em biotecnologia e biociência, embora em muito menor grau que a E.coli . B.subtilis oferece vantagens significativas para uso comunitário em termos de facilidade de cultura, manuseio e armazenamento, e não há cepas perigosas conhecidas de B.subtilis (embora tenha alguns parentes ruins que são facilmente confundidos com ela: Anthrax e B.cereus numeração entre eles).
Como B.subtilis forma esporos estáveis após a fome, não requer refrigeração. A entrega de ADN plasmídico a B.subtilis é, em princípio, mais fácil do que a E.coli porque B.subtilis tem uma tendência natural para adoptar e utilizar ADN compatível presente no ambiente (ou seja, pode manipular- se geneticamente quando as condições são adequadas). No entanto, o método predominante de manipulação industrial também emprega a seleção de antibióticos. Poderiam ser desenvolvidas alternativas que não exijam resistência aos antibióticos.
B.subtilis não tem sido tão popular como transportador de DNA devido a problemas percebidos de estabilidade do DNA; no entanto, é possível que estes problemas de estabilidade possam ser evitados por um design cuidadoso do DNA para omitir locais que a topoisomerase de B. subtilis reconhece.
As cepas primárias de laboratório de B.subtilis são derivadas de B.subtilis 168 que, como E.coli K12 , são altamente domesticadas e geralmente consideradas inviáveis fora do ambiente de laboratório.
Biologia molecular
Além da centrífuga, descrita acima, outros itens básicos de um laboratório de biologia molecular incluem um termociclador e um aparelho de eletroforese. O termociclador permite fazer muitas cópias de uma sequência de DNA por meio de um processo denominado PCR ou reação em cadeia da polimerase. A função do termociclador é essencialmente passar por ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento para facilitar reações químicas que ocorrem em diferentes temperaturas. Os elementos básicos de um termociclador são: um elemento de aquecimento, um dispositivo de resfriamento, um ou mais sensores de temperatura e um microcontrolador para controlar todas essas funções. As instruções estão prontamente disponíveis para a montagem e operação de um termociclador, e também existem opções de hardware de código aberto, como OpenPCR.
A eletroforese é o processo de separação de moléculas com base no tamanho e na carga, aplicando corrente e observando a taxa e a direção com que elas se movem através de um meio semissólido, como o gel de agarose. Moléculas carregadas negativamente movem-se em direção ao eletrodo positivo e vice-versa. Moléculas maiores movem-se mais lentamente através do meio do que fragmentos menores. Um aparelho de eletroforese é essencialmente uma câmara, normalmente feita de plástico transparente, com um cátodo numa extremidade e um ânodo na outra. Uma fonte de alimentação também é necessária para aplicar corrente aos eletrodos. Uma variedade de materiais funcionará para o ânodo, mas geralmente é necessária platina para o cátodo. Além disso, um molde de fundição é normalmente utilizado para derramar o gel, e um pente cria poços no gel onde o material que está sendo analisado pode ser inserido. Muitos desses componentes podem ser impressos em 3D e arquivos stl podem ser encontrados no Thingiverse. Esta seção precisa de trabalho.
Cultura de tecidos vegetais
Esta seção precisa de trabalho.
Cultura de tecidos animais
Esta seção apresenta um risco potencial à saúde e deve ser cuidadosamente considerada. Também precisa de trabalho.
