Kunsmatige minimale selle: Skep genoeg lewe vir mediese navorsing

BEELDKREDIET:
Image krediet
iStock

Kunsmatige minimale selle: Skep genoeg lewe vir mediese navorsing

Kunsmatige minimale selle: Skep genoeg lewe vir mediese navorsing

Subopskrif teks
Wetenskaplikes smelt rekenaarmodellering, genetiese redigering en sintetiese biologie saam om die perfekte monsters vir mediese studies te skep.
    • Author:
    • Author naam
      Quantumrun Foresight
    • Desember 23, 2022

    Insig opsomming

    Deur die noodsaaklikhede van lewe te ondersoek, het wetenskaplikes genome verminder om minimale selle te skep, wat die kernfunksies wat nodig is vir lewe onthul. Hierdie pogings het gelei tot onverwagte ontdekkings en uitdagings, soos onreëlmatige selvorms, wat verdere verfyning en begrip van genetiese noodsaaklikhede aangespoor het. Hierdie navorsing baan die weg vir vooruitgang in sintetiese biologie, met potensiële toepassings in geneesmiddelontwikkeling, siektestudie en persoonlike medisyne.

    Kunsmatige minimale selle konteks

    Kunsmatige minimale selle of genoom-minimalisering is 'n praktiese sintetiese biologie-benadering om te verstaan ​​hoe interaksies tussen noodsaaklike gene aanleiding gee tot belangrike fisiologiese prosesse. Genoom-minimalisering het 'n ontwerp-bou-toets-leer-metode gebruik wat staatgemaak het op die evaluering en kombinasie van modulêre genomiese segmente en inligting van transposonmutagenese (die proses om gene van een gasheer na 'n ander oor te dra) om te help om geenskrapings te lei. Hierdie metode het vooroordeel verminder wanneer noodsaaklike gene gevind is en het wetenskaplikes die gereedskap gegee om die genoom en wat dit doen te verander, te herbou en te bestudeer.

    In 2010 het wetenskaplikes by die VSA-gebaseerde J. Craig Venter Instituut (JVCI) aangekondig dat hulle die DNS van die bakterie Mycoplasma capricolum suksesvol uitgeskakel en vervang het met rekenaar-gegenereerde DNS gebaseer op 'n ander bakterie, Mycoplasma mycoides. Die span het hul nuwe organisme JCVI-syn1.0, of 'Sinteties', kortweg getiteld. Hierdie organisme was die eerste selfrepliserende spesie op Aarde wat uit rekenaarouers bestaan ​​het. Dit is geskep om wetenskaplikes te help verstaan ​​hoe die lewe gewerk het, van selle af. 

    In 2016 het die span JCVI-syn3.0 geskep, 'n eensellige organisme met minder gene as enige ander bekende vorm van eenvoudige lewe (slegs 473 gene in vergelyking met JVCI-syn1.0 se 901 gene). Die organisme het egter op onvoorspelbare maniere opgetree. In plaas daarvan om gesonde selle te produseer, het dit vreemd gevormde selle tydens selfreplikasie geskep. Wetenskaplikes het besef hulle het te veel gene uit die oorspronklike sel verwyder, insluitend dié wat verantwoordelik is vir normale seldeling. 

    Ontwrigtende impak

    Vasbeslote om 'n gesonde organisme met die minste moontlike gene te vind, het biofisici van die Massachusetts Institute of Technology (MIT) en die Nasionale Instituut vir Standaarde en Tegnologie (NIST) die JCVI-syn3.0-kode in 2021 hergemeng. Hulle kon 'n skep nuwe variant genaamd JCVI-syn3A. Al het dié nuwe sel net 500 gene, gedra dit meer soos ’n gewone sel danksy die navorsers se werk. 

    Wetenskaplikes werk daaraan om die sel nog verder te stroop. In 2021 het 'n nuwe sintetiese organisme bekend as M. mycoides JCVI-syn3B vir 300 dae ontwikkel, wat bewys het dat dit onder verskillende omstandighede kan muteer. Bio-ingenieurs is ook optimisties dat 'n meer vaartbelynde organisme wetenskaplikes kan help om die lewe op sy mees basiese vlak te bestudeer en te verstaan ​​hoe siektes vorder.

    In 2022 het 'n span wetenskaplikes van die Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, JVCI en Duitsland-gebaseerde Technische Universität Dresden 'n rekenaarmodel van JCVI-syn3A geskep. Hierdie model kan sy werklike analoog se groei en molekulêre struktuur akkuraat voorspel. Vanaf 2022 was dit die mees volledige heelselmodel wat 'n rekenaar nageboots het.

    Hierdie simulasies kan waardevolle inligting verskaf. Hierdie data sluit metabolisme, groei en genetiese inligtingsprosesse oor 'n selsiklus in. Die ontleding bied insig in die beginsels van lewe en hoe selle energie verbruik, insluitend die aktiewe vervoer van aminosure, nukleotiede en ione. Aangesien minimale selnavorsing aanhou groei, kan wetenskaplikes beter sintetiese biologiestelsels skep wat gebruik kan word om dwelms te ontwikkel, siektes te bestudeer en genetiese terapieë te ontdek.

    Implikasies van kunsmatige minimale selle

    Wyer implikasies van die ontwikkeling van kunsmatige minimale selle kan die volgende insluit: 

    • Meer wêreldwye samewerking om gestroopte maar funksionele lewensisteme vir navorsing te skep.
    • Verhoogde masjienleer en rekenaarmodellering gebruik om biologiese strukture, soos bloedselle en proteïene, te karteer.
    • Gevorderde sintetiese biologie en masjien-organisme-basters, insluitend liggaam-op-'n-skyfie en lewende robotte. Hierdie eksperimente kan egter etiese klagtes van sommige wetenskaplikes ontvang.
    • Sommige biotegnologie- en biofarma-firmas belê baie in sintetiese biologie-inisiatiewe om geneesmiddel- en terapie-ontwikkelings te versnel.
    • Verhoogde innovasie en ontdekkings in genetiese redigering namate wetenskaplikes meer leer oor gene en hoe dit gemanipuleer kan word.
    • Verbeterde regulasies oor biotegnologiese navorsing om etiese praktyke te verseker, wat beide wetenskaplike integriteit en openbare vertroue beskerm.
    • Opkoms van nuwe opvoedkundige en opleidingsprogramme gefokus op sintetiese biologie en kunsmatige lewensvorme, wat die volgende generasie wetenskaplikes met gespesialiseerde vaardighede toerus.
    • Verskuiwing in gesondheidsorgstrategieë na gepersonaliseerde medisyne, die gebruik van kunsmatige selle en sintetiese biologie vir pasgemaakte behandelings en diagnostiek.

    Vrae om te oorweeg

    • As jy in die sintetiese biologie-veld werk, wat is die ander voordele van minimale selle?
    • Hoe kan organisasies en instellings saamwerk om sintetiese biologie te bevorder?

    Insig verwysings

    Die volgende gewilde en institusionele skakels is vir hierdie insig verwys: