Хутчэйшы сінтэз генаў: сінтэтычная ДНК можа быць ключом да паляпшэння аховы здароўя

• аўтар:
• імя аўтара

  Quantumrun Foresight
• Студзень 16, 2023

Кароткі агляд

Хімічны сінтэз ДНК і яе зборка ў гены, ланцугі і нават цэлыя геномы зрабілі рэвалюцыю ў малекулярнай біялогіі. Гэтыя метады дазволілі распрацоўваць, будаваць, тэставаць, вучыцца на памылках і паўтараць цыкл, пакуль не будзе дасягнуты жаданы вынік. Гэты падыход ляжыць у аснове інавацый сінтэтычнай біялогіі. 

Больш хуткі кантэкст сінтэзу генаў

Сінтэз ператварае лічбавы генетычны код у малекулярную ДНК, каб даследчыкі маглі ствараць і вырабляць вялікую колькасць генетычнага матэрыялу. Даступныя дадзеныя ДНК пашырыліся дзякуючы тэхналогіям секвенирования наступнага пакалення (NGS). Гэта прывяло да павелічэння колькасці біялагічных баз даных, якія змяшчаюць паслядоўнасці ДНК кожнага арганізма і навакольнага асяроддзя. Цяпер даследчыкі могуць прасцей здабываць, аналізаваць і мадыфікаваць гэтыя паслядоўнасці дзякуючы большай эфектыўнасці біяінфарматычнага праграмнага забеспячэння.

Чым больш навукоўцы атрымліваюць біялагічнай інфармацыі з "дрэва жыцця" (сеткі геномаў), тым лепш яны разумеюць, як жывыя істоты звязаны генетычна. Секвеніраванне наступнага пакалення дапамагло нам лепш зразумець хваробы, мікрабіём і генетычную разнастайнасць арганізмаў. Гэты бум паслядоўнасці таксама дазваляе развівацца новым навуковым дысцыплінам, такім як метабалічная інжынерыя і сінтэтычная біялогія. Доступ да гэтай інфармацыі не толькі паляпшае бягучую дыягностыку і тэрапеўтычныя метады, але таксама адкрывае шлях для новых медыцынскіх прарываў, якія акажуць працяглы ўплыў на здароўе чалавека. 

Акрамя таго, сінтэтычная біялогія можа паўплываць на многія сферы, такія як стварэнне новых лекаў, матэрыялаў і вытворчых працэсаў. У прыватнасці, сінтэз генаў з'яўляецца адной з перспектыўных тэхналогій, якія дапамагаюць вельмі хутка будаваць і змяняць генетычныя паслядоўнасці, што вядзе да адкрыцця новых біялагічных функцый. Напрыклад, біёлагі часта пераносяць гены паміж арганізмамі, каб праверыць генетычныя гіпотэзы або надаць узорам арганізмаў унікальныя рысы або магчымасці.

Разбуральнае ўздзеянне

Хімічна сінтэзаваныя кароткія паслядоўнасці ДНК неабходныя, таму што яны ўніверсальныя. Іх можна выкарыстоўваць у даследчых лабараторыях, бальніцах і прамысловасці. Напрыклад, іх выкарыстоўвалі для ідэнтыфікацыі віруса COVID-19. Фасфарамідыты з'яўляюцца неабходнымі будаўнічымі блокамі ў вытворчасці паслядоўнасцей ДНК, але яны нестабільныя і хутка руйнуюцца.

У 2021 годзе навуковец Аляксандр Сандал распрацаваў новы запатэнтаваны спосаб хуткага і эфектыўнага вытворчасці гэтых будаўнічых блокаў для вытворчасці ДНК, значна паскараючы працэс да таго, як гэтыя кампаненты распадуцца. Паслядоўнасці ДНК называюцца алігануклеатыдамі і шырока выкарыстоўваюцца для ідэнтыфікацыі захворванняў, вытворчасці лекаў і іншых медыцынскіх і біятэхналагічных прымянення. 

Адной з вядучых біятэхналагічных фірмаў, якія спецыялізуюцца на вытворчасці сінтэтычнай ДНК, з'яўляецца амерыканская Twist Bioscience. Кампанія звязвае алігануклеатыды разам для стварэння генаў. Кошт алігаў зніжаецца, як і час, неабходны для іх вытворчасці. Па стане на 2022 год кошт распрацоўкі пар асноў ДНК складае ўсяго дзевяць цэнтаў. 

Сінтэтычную ДНК Twist можна замовіць праз Інтэрнэт і адправіць у лабараторыю праз некалькі дзён, пасля чаго яна будзе выкарыстоўвацца для стварэння малекул-мішэняў, якія з'яўляюцца будаўнічым матэрыялам для новых прадуктаў харчавання, угнаенняў, прамысловых прадуктаў і лекаў. Ginkgo Bioworks, кампанія клетачнай інжынерыі, кошт якой ацэньваецца ў 25 мільярдаў долараў, з'яўляецца адным з асноўных кліентаў Twist. Між тым, у 2022 годзе Twist запусціла два сінтэтычныя ДНК-кантролі для віруса воспы малпаў чалавека, каб дапамагчы даследчыкам распрацаваць вакцыны і метады лячэння. 

Наступствы больш хуткага сінтэзу генаў

Больш шырокія наступствы больш хуткага сінтэзу генаў могуць уключаць: 

• Паскораная ідэнтыфікацыя вірусаў, якія выклікаюць пандэміі і эпідэміі, што прыводзіць да больш своечасовай распрацоўцы вакцын.
• Больш біятэхналогій і стартапаў, якія засяроджваюцца на тэхналогіях сінтэзу генаў у партнёрстве з фірмамі біяфармацыі.
• Урады імкнуцца інвеставаць у адпаведныя лабараторыі сінтэтычнай ДНК для распрацоўкі лекаў і прамысловых матэрыялаў.
• Кошт сінтэтычнай ДНК становіцца ўсё ніжэй, што вядзе да дэмакратызацыі генетычных даследаванняў. Гэтая тэндэнцыя таксама можа прывесці да большай колькасці біяхакераў, якія жадаюць паэксперыментаваць на сабе.
• Павелічэнне генетычных даследаванняў прыводзіць да больш хуткага развіцця тэхналогій рэдагавання генаў і тэрапіі, такіх як CRISPR/Cas9.

Пытанні для разгляду

• Якія яшчэ перавагі масавай вытворчасці сінтэтычнай ДНК?
• Як урады павінны рэгуляваць гэты сектар, каб ён заставаўся этычным?