Штучныя мінімальныя клеткі: стварэнне дастатковай колькасці жыцця для медыцынскіх даследаванняў

КРЭДЫТ ВЫЯВЫ:
Крэдыт малюнка
Istock

Штучныя мінімальныя клеткі: стварэнне дастатковай колькасці жыцця для медыцынскіх даследаванняў

Штучныя мінімальныя клеткі: стварэнне дастатковай колькасці жыцця для медыцынскіх даследаванняў

Тэкст падзагалоўка
Навукоўцы аб'ядналі камп'ютэрнае мадэляванне, генетычнае рэдагаванне і сінтэтычную біялогію, каб стварыць ідэальныя ўзоры для медыцынскіх даследаванняў.
    • аўтар:
    • імя аўтара
      Quantumrun Foresight
    • Снежань 23, 2022

    Кароткі агляд

    Даследуючы асновы жыцця, навукоўцы скарачалі геномы для стварэння мінімальных клетак, выяўляючы асноўныя функцыі, неабходныя для жыцця. Гэтыя намаганні прывялі да нечаканых адкрыццяў і праблем, такіх як няправільная форма клетак, што падштурхнула да далейшага ўдасканалення і разумення генетычных асноў. Гэта даследаванне адкрывае шлях для прагрэсу ў сінтэтычнай біялогіі з магчымым прымяненнем у распрацоўцы лекаў, вывучэнні хвароб і персаналізаванай медыцыне.

    Кантэкст штучных мінімальных вочак

    Штучныя мінімальныя клеткі або мінімізацыя геному - гэта практычны падыход сінтэтычнай біялогіі для разумення таго, як узаемадзеянне паміж неабходнымі генамі прыводзіць да жыццёва важных фізіялагічных працэсаў. Мінімізацыя геному выкарыстоўвала метад праектавання-пабудовы-тэставання-вывучэння, які абапіраўся на ацэнку і камбінацыю модульных геномных сегментаў і інфармацыі з мутагенезу транспазонаў (працэс перадачы генаў ад аднаго гаспадара да іншага), каб дапамагчы кіраваць выдаленнем генаў. Гэты метад знізіў зрушэнне пры пошуку неабходных генаў і даў навукоўцам інструменты для змены, аднаўлення і вывучэння геному і таго, што ён робіць.

    У 2010 г. навукоўцы з амерыканскага Інстытута Дж. Крэйга Вентэра (JVCI) абвясцілі, што яны паспяхова ліквідавалі ДНК бактэрыі Mycoplasma capricolum і замянілі яе ДНК, створанай кампутарам на аснове іншай бактэрыі Mycoplasma mycoides. Каманда назвала свой новы арганізм JCVI-syn1.0, скарочана «Сінтэтычны». Гэты арганізм быў першым відам на Зямлі, які самаўзнаўляўся, які складаўся з бацькоў-кампутараў. Ён быў створаны, каб дапамагчы навукоўцам зразумець, як функцыянавала жыццё, пачынаючы з клетак. 

    У 2016 годзе каманда стварыла JCVI-syn3.0, аднаклетачны арганізм з меншай колькасцю генаў, чым любая іншая вядомая форма простага жыцця (усяго 473 гены ў параўнанні з 1.0 генам JVCI-syn901). Аднак арганізм дзейнічаў непрадказальным чынам. Замест таго, каб вырабляць здаровыя клеткі, ён стварыў клеткі дзіўнай формы падчас самарэплікацыі. Навукоўцы зразумелі, што яны выдалілі занадта шмат генаў з зыходнай клеткі, у тым ліку тых, якія адказваюць за нармальнае дзяленне клетак. 

    Разбуральнае ўздзеянне

    Поўныя рашучасці знайсці здаровы арганізм з як мага меншай колькасцю генаў, біяфізікі з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута (MIT) і Нацыянальнага інстытута стандартаў і тэхналогій (NIST) у 3.0 годзе рэміксавалі код JCVI-syn2021. Яны змаглі стварыць новы варыянт пад назвай JCVI-syn3A. Нягледзячы на ​​тое, што гэтая новая клетка мае толькі 500 генаў, дзякуючы працы даследчыкаў яна паводзіць сябе больш як звычайная клетка. 

    Навукоўцы працуюць над тым, каб яшчэ больш знішчыць клетку. У 2021 годзе новы сінтэтычны арганізм, вядомы як M. mycoides JCVI-syn3B, развіваўся на працягу 300 дзён, дэманструючы, што ён можа мутаваць пры розных абставінах. Біяінжынеры таксама настроены аптымістычна, што больш абцякальны арганізм можа дапамагчы навукоўцам даследаваць жыццё на самым базавым узроўні і зразумець, як развіваюцца хваробы.

    У 2022 годзе група навукоўцаў з Універсітэта Ілінойса ў Урбана-Шампейн, JVCI і нямецкага Тэхнічнага ўніверсітэта Дрэздэна стварыла камп'ютэрную мадэль JCVI-syn3A. Гэтая мадэль можа дакладна прадказаць рост і малекулярную структуру свайго аналага ў рэальным жыцці. Па стане на 2022 год гэта была самая поўная мадэль цэлай клеткі, змадэляваная камп'ютэрам.

    Гэта мадэляванне можа даць каштоўную інфармацыю. Гэтыя даныя ўключаюць працэсы метабалізму, росту і генетычнай інфармацыі на працягу клеткавага цыклу. Аналіз прапануе разуменне прынцыпаў жыцця і таго, як клеткі спажываюць энергію, уключаючы актыўны транспарт амінакіслот, нуклеатыдаў і іёнаў. Паколькі мінімальныя даследаванні клетак працягваюць расці, навукоўцы могуць ствараць лепшыя сістэмы сінтэтычнай біялогіі, якія можна выкарыстоўваць для распрацоўкі лекаў, вывучэння хвароб і адкрыцця генетычных метадаў лячэння.

    Наступствы штучных мінімальных клетак

    Больш шырокія наступствы распрацоўкі штучных мінімальных клетак могуць уключаць: 

    • Больш глабальнае супрацоўніцтва для стварэння скарочаных, але функцыянуючых сістэм жыцця для даследаванняў.
    • Больш шырокае выкарыстанне машыннага навучання і камп'ютэрнага мадэлявання для адлюстравання біялагічных структур, такіх як клеткі крыві і вавёркі.
    • Перадавая сінтэтычная біялогія і гібрыды машыны і арганізма, у тым ліку цела-на-чыпе і жывыя робаты. Аднак гэтыя эксперыменты могуць выклікаць этычныя скаргі з боку некаторых навукоўцаў.
    • Некаторыя біятэхналагічныя і біяфарматычныя фірмы ўкладваюць значныя сродкі ў ініцыятывы па сінтэтычнай біялогіі, каб паскорыць распрацоўку лекаў і тэрапіі.
    • Павелічэнне інавацый і адкрыццяў у генетычным рэдагаванні, калі навукоўцы даведаюцца больш пра гены і пра тое, як імі можна маніпуляваць.
    • Узмацненне правілаў біятэхналагічных даследаванняў для забеспячэння этычных практык, захавання навуковай добрасумленнасці і грамадскага даверу.
    • З'яўленне новых адукацыйных і навучальных праграм, арыентаваных на сінтэтычную біялогію і штучныя формы жыцця, узброіўшы наступнае пакаленне навукоўцаў спецыялізаванымі навыкамі.
    • Пераход у стратэгіі аховы здароўя ў бок персаналізаванай медыцыны з выкарыстаннем штучных клетак і сінтэтычнай біялогіі для індывідуальнага лячэння і дыягностыкі.

    Пытанні для разгляду

    • Калі вы працуеце ў галіне сінтэтычнай біялогіі, якія іншыя перавагі мінімальнай колькасці клетак?
    • Як арганізацыі і ўстановы могуць працаваць разам для развіцця сінтэтычнай біялогіі?

    Спасылкі Insight

    Наступныя папулярныя і інстытуцыйныя спасылкі былі выкарыстаны для гэтай інфармацыі: