Celloedd lleiaf artiffisial: Creu digon o fywyd ar gyfer ymchwil feddygol

• Awdur:
• enw awdur

  Rhagolwg Quantumrun
• Rhagfyr 23, 2022

Crynodeb mewnwelediad

Wrth archwilio hanfodion bywyd, mae gwyddonwyr wedi bod yn lleihau genomau i greu celloedd lleiaf posibl, gan ddatgelu'r swyddogaethau craidd sy'n angenrheidiol ar gyfer bywyd. Mae'r ymdrechion hyn wedi arwain at ddarganfyddiadau a heriau annisgwyl, megis siapiau celloedd afreolaidd, gan ysgogi mireinio a dealltwriaeth bellach o hanfodion genetig. Mae'r ymchwil hwn yn paratoi'r ffordd ar gyfer datblygiadau mewn bioleg synthetig, gyda chymwysiadau posibl mewn datblygu cyffuriau, astudio clefydau, a meddygaeth bersonol.

Cyd-destun celloedd lleiaf artiffisial

Mae celloedd lleiaf artiffisial neu leihau genomau yn ddull bioleg synthetig ymarferol ar gyfer deall sut mae rhyngweithio rhwng genynnau hanfodol yn arwain at brosesau ffisiolegol hanfodol. Roedd lleihau genomau yn defnyddio dull dylunio-adeiladu-prawf-dysgu a oedd yn dibynnu ar werthuso a chyfuno segmentau genomig modiwlaidd a gwybodaeth o mutagenesis transposon (y broses o drosglwyddo genynnau o un gwesteiwr i'r llall) i helpu i arwain dileadau genynnau. Roedd y dull hwn yn lleihau rhagfarn wrth ddod o hyd i enynnau hanfodol ac yn rhoi'r offer i wyddonwyr newid, ailadeiladu ac astudio'r genom a'r hyn y mae'n ei wneud.

Yn 2010, cyhoeddodd gwyddonwyr yn Sefydliad J. Craig Venter (JVCI) yn yr Unol Daleithiau eu bod wedi llwyddo i ddileu DNA y bacteria Mycoplasma capricolum a'i ddisodli â DNA a gynhyrchir gan gyfrifiadur yn seiliedig ar facteria arall, Mycoplasma mycoides. Teitl y tîm oedd eu horganeb newydd JCVI-syn1.0, neu 'Synthetic,' yn fyr. Yr organeb hon oedd y rhywogaeth hunan-ddyblygiadol gyntaf ar y Ddaear a oedd yn cynnwys rhieni cyfrifiadurol. Cafodd ei greu i helpu gwyddonwyr i ddeall sut roedd bywyd yn gweithio, gan ddechrau o gelloedd i fyny. 

Yn 2016, creodd y tîm JCVI-syn3.0, organeb ungell â llai o enynnau nag unrhyw ffurf hysbys arall ar fywyd syml (dim ond 473 o enynnau o gymharu â genynnau 1.0 JVCI-syn901). Fodd bynnag, gweithredodd yr organeb mewn ffyrdd anrhagweladwy. Yn hytrach na chynhyrchu celloedd iach, creodd rai o siâp rhyfedd yn ystod hunan-dyblygiad. Sylweddolodd gwyddonwyr eu bod wedi tynnu gormod o enynnau o'r gell wreiddiol, gan gynnwys y rhai sy'n gyfrifol am raniad celloedd arferol. 

Effaith aflonyddgar

Yn benderfynol o ddod o hyd i organeb iach gyda'r lleiaf o enynnau posibl, ailgymysgodd bioffisegwyr o Sefydliad Technoleg Massachusetts (MIT) a'r Sefydliad Cenedlaethol Safonau a Thechnoleg (NIST) god JCVI-syn3.0 yn 2021. Roeddent yn gallu creu cod amrywiad newydd o'r enw JCVI-syn3A. Er mai dim ond 500 o enynnau sydd gan y gell newydd hon, mae'n ymddwyn yn debycach i gell arferol diolch i waith yr ymchwilwyr. 

Mae gwyddonwyr yn gweithio i dynnu'r gell i lawr ymhellach fyth. Yn 2021, esblygodd organeb synthetig newydd o'r enw M. mycoides JCVI-syn3B am 300 diwrnod, gan ddangos y gall dreiglo o dan amgylchiadau gwahanol. Mae biobeirianwyr hefyd yn obeithiol y gall organeb symlach helpu gwyddonwyr i astudio bywyd ar ei lefel fwyaf sylfaenol a deall sut mae afiechydon yn datblygu.

Yn 2022, creodd tîm o wyddonwyr o Brifysgol Illinois yn Urbana-Champaign, JVCI, a Technische Universität Dresden o'r Almaen fodel cyfrifiadurol o JCVI-syn3A. Gallai'r model hwn ragfynegi twf a strwythur moleciwlaidd ei analog bywyd go iawn yn gywir. O 2022 ymlaen, hwn oedd y model cell gyfan mwyaf cyflawn y mae cyfrifiadur wedi'i efelychu.

Gall yr efelychiadau hyn ddarparu gwybodaeth werthfawr. Mae'r data hwn yn cynnwys metaboledd, twf, a phrosesau gwybodaeth enetig dros gylchred celloedd. Mae'r dadansoddiad yn cynnig cipolwg ar egwyddorion bywyd a sut mae celloedd yn defnyddio egni, gan gynnwys cludo asidau amino, niwcleotidau ac ïonau yn actif. Wrth i ychydig iawn o ymchwil celloedd barhau i dyfu, gall gwyddonwyr greu systemau bioleg synthetig gwell y gellir eu defnyddio i ddatblygu cyffuriau, astudio clefydau, a darganfod therapïau genetig.

Goblygiadau celloedd lleiaf artiffisial

Gall goblygiadau ehangach datblygiad celloedd lleiaf artiffisial gynnwys: 

• Mwy o gydweithrediadau byd-eang i greu systemau bywyd sydd wedi'u tynnu i lawr ond sy'n gweithio ar gyfer ymchwil.
• Mwy o ddysgu peirianyddol a defnydd modelu cyfrifiadurol i fapio strwythurau biolegol, fel celloedd gwaed a phroteinau.
• Bioleg synthetig uwch a hybridiau peiriant-organeb, gan gynnwys corff-ar-sglodyn a robotiaid byw. Fodd bynnag, efallai y bydd yr arbrofion hyn yn derbyn cwynion moesegol gan rai gwyddonwyr.
• Mae rhai cwmnïau biotechnoleg a biopharma yn buddsoddi'n helaeth mewn mentrau bioleg synthetig i gyflymu datblygiadau cyffuriau a therapi.
• Mwy o arloesi a darganfyddiadau mewn golygu genetig wrth i wyddonwyr ddysgu mwy am enynnau a sut y gellir eu trin.
• Gwell rheoliadau ar ymchwil biotechnolegol i sicrhau arferion moesegol, gan ddiogelu cywirdeb gwyddonol ac ymddiriedaeth y cyhoedd.
• Ymddangosiad rhaglenni addysg a hyfforddiant newydd yn canolbwyntio ar fioleg synthetig a ffurfiau bywyd artiffisial, gan arfogi'r genhedlaeth nesaf o wyddonwyr â sgiliau arbenigol.
• Symud mewn strategaethau gofal iechyd tuag at feddyginiaeth wedi'i phersonoli, gan ddefnyddio celloedd artiffisial a bioleg synthetig ar gyfer triniaethau a diagnosteg wedi'u teilwra.

Cwestiynau i'w hystyried

• Os ydych chi'n gweithio yn y maes bioleg synthetig, beth yw manteision eraill celloedd lleiaf posibl?
• Sut gall sefydliadau a sefydliadau gydweithio i ddatblygu bioleg synthetig?