Kunstige minimale celler: Skaber nok liv til medicinsk forskning

• Forfatter:
• Forfatter navn

  Quantumrun Foresight
• 23. December, 2022

Oversigt over indsigt

Forskerne har udforsket det væsentlige ved livet og har reduceret genomer for at skabe minimale celler, hvilket afslører de kernefunktioner, der er nødvendige for liv. Disse bestræbelser har ført til uventede opdagelser og udfordringer, såsom uregelmæssige celleformer, hvilket har givet anledning til yderligere forfining og forståelse af genetiske væsentlige elementer. Denne forskning baner vejen for fremskridt inden for syntetisk biologi med potentielle anvendelser inden for udvikling af lægemidler, sygdomsstudier og personlig medicin.

Kunstige minimale celler kontekst

Kunstige minimale celler eller genomminimering er en praktisk syntetisk biologisk tilgang til at forstå, hvordan interaktioner mellem essentielle gener giver anledning til vitale fysiologiske processer. Genom minimering brugte en design-build-test-learn-metode, der var afhængig af evalueringen og kombinationen af ​​modulære genomiske segmenter og information fra transposonmutagenese (processen med at overføre gener fra en vært til en anden) for at hjælpe med at guide gendeletioner. Denne metode reducerede skævhed ved at finde essentielle gener og gav forskerne værktøjerne til at ændre, genopbygge og studere genomet og hvad det gør.

I 2010 annoncerede forskere ved det USA-baserede J. Craig Venter Institute (JVCI), at de med succes havde elimineret DNA'et fra bakterien Mycoplasma capricolum og erstattet det med computergenereret DNA baseret på en anden bakterie, Mycoplasma mycoides. Holdet kaldte deres nye organisme JCVI-syn1.0 eller 'Synthetic' for kort. Denne organisme var den første selvreplikerende art på Jorden, der bestod af computerforældre. Det blev skabt for at hjælpe videnskabsmænd med at forstå, hvordan livet fungerede, startende fra celler og op. 

I 2016 skabte holdet JCVI-syn3.0, en encellet organisme med færre gener end nogen anden kendt form for simpelt liv (kun 473 gener sammenlignet med JVCI-syn1.0's 901 gener). Imidlertid handlede organismen på uforudsigelige måder. I stedet for at producere sunde celler skabte den underligt formede celler under selvreplikation. Forskere indså, at de havde fjernet for mange gener fra den oprindelige celle, inklusive dem, der var ansvarlige for normal celledeling. 

Forstyrrende påvirkning

Fast besluttet på at finde en sund organisme med færrest mulige gener remixede biofysikere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) og National Institute of Standards and Technology (NIST) JCVI-syn3.0-koden i 2021. De var i stand til at skabe en ny variant kaldet JCVI-syn3A. Selvom denne nye celle kun har 500 gener, opfører den sig mere som en almindelig celle takket være forskernes arbejde. 

Forskere arbejder på at fjerne cellen yderligere. I 2021 udviklede en ny syntetisk organisme kendt som M. mycoides JCVI-syn3B sig i 300 dage, hvilket viser, at den kan mutere under forskellige omstændigheder. Bioingeniører er også optimistiske om, at en mere strømlinet organisme kan hjælpe videnskabsmænd med at studere livet på dets mest basale niveau og forstå, hvordan sygdomme udvikler sig.

I 2022 skabte et team af forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign, JVCI og Tyskland-baserede Technische Universität Dresden en computermodel af JCVI-syn3A. Denne model kunne nøjagtigt forudsige sin virkelige analogs vækst og molekylære struktur. Fra 2022 var det den mest komplette helcellemodel, som en computer har simuleret.

Disse simuleringer kan give værdifuld information. Disse data inkluderer metabolisme, vækst og genetiske informationsprocesser over en cellecyklus. Analysen giver indsigt i livets principper og hvordan celler forbruger energi, herunder aktiv transport af aminosyrer, nukleotider og ioner. Da minimal celleforskning fortsætter med at vokse, kan forskere skabe bedre syntetiske biologiske systemer, der kan bruges til at udvikle lægemidler, studere sygdomme og opdage genetiske terapier.

Implikationer af kunstige minimale celler

Bredere implikationer af udviklingen af ​​kunstige minimale celler kan omfatte: 

• Flere globale samarbejder for at skabe nedslidte, men fungerende livssystemer til forskning.
• Øget brug af maskinlæring og computermodellering til at kortlægge biologiske strukturer, såsom blodceller og proteiner.
• Avanceret syntetisk biologi og maskine-organisme-hybrider, inklusive krop-på-en-chip og levende robotter. Disse eksperimenter kan dog modtage etiske klager fra nogle videnskabsmænd.
• Nogle biotek- og biofarmavirksomheder investerer kraftigt i syntetisk biologi-initiativer for at fremskynde udviklingen af ​​lægemidler og terapi.
• Øget innovation og opdagelser inden for genetisk redigering, efterhånden som videnskabsmænd lærer mere om gener, og hvordan de kan manipuleres.
• Forbedrede regler for bioteknologisk forskning for at sikre etisk praksis, der sikrer både videnskabelig integritet og offentlig tillid.
• Fremkomsten af ​​nye uddannelses- og træningsprogrammer fokuseret på syntetisk biologi og kunstige livsformer, der udstyrer den næste generation af videnskabsmænd med specialiserede færdigheder.
• Skift i sundhedsstrategier mod personlig medicin, ved at bruge kunstige celler og syntetisk biologi til skræddersyede behandlinger og diagnostik.

Spørgsmål at overveje

• Hvis du arbejder inden for syntetisk biologi, hvad er de andre fordele ved minimale celler?
• Hvordan kan organisationer og institutioner arbejde sammen om at fremme syntetisk biologi?