On-Demand-Moleküle: Ein Katalog leicht verfügbarer Moleküle

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  Quantumrun-Vorausschau
• 22. Dezember 2022

Synthetische Biologie ist eine aufstrebende Biowissenschaft, die technische Prinzipien auf die Biologie anwendet, um neue Teile und Systeme zu schaffen. In der Arzneimittelforschung hat die synthetische Biologie das Potenzial, die medizinische Behandlung zu revolutionieren, indem sie bedarfsgesteuerte Moleküle erzeugt.

Kontext von On-Demand-Molekülen

Metabolic Engineering ermöglicht es Wissenschaftlern, veränderte Zellen zu verwenden, um neue und nachhaltige Moleküle wie erneuerbare Biokraftstoffe oder krebsvorbeugende Medikamente herzustellen. Mit den vielen Möglichkeiten, die Metabolic Engineering bietet, wurde es 2016 vom Weltwirtschaftsforum als eine der „Top Ten Emerging Technologies“ eingestuft. Darüber hinaus soll die industrialisierte Biologie dazu beitragen, erneuerbare Bioprodukte und Materialien zu entwickeln, Nutzpflanzen zu verbessern und neue zu ermöglichen biomedizinische Anwendungen.

Das Hauptziel der synthetischen oder im Labor erstellten Biologie ist die Verwendung technischer Prinzipien zur Verbesserung der Gen- und Stoffwechseltechnik. Synthetische Biologie umfasst auch nicht-metabolische Aufgaben, wie genetische Modifikationen, die Malaria-übertragende Mücken eliminieren, oder konstruierte Mikrobiome, die möglicherweise chemische Düngemittel ersetzen könnten. Diese Disziplin wächst schnell, unterstützt durch Fortschritte bei der Hochdurchsatz-Phänotypisierung (der Prozess zur Bewertung der genetischen Ausstattung oder Merkmale), der Beschleunigung der DNA-Sequenzierung und -Synthesefähigkeiten und der CRISPR-fähigen genetischen Bearbeitung.

Mit der Weiterentwicklung dieser Technologien verbessern sich auch die Möglichkeiten der Forscher, Moleküle und Mikroben nach Bedarf für alle Arten von Forschungszwecken zu entwickeln. Insbesondere maschinelles Lernen (ML) ist ein effektives Werkzeug, das die Erstellung synthetischer Moleküle beschleunigen kann, indem es vorhersagt, wie sich ein biologisches System verhalten wird. Durch das Verständnis der Muster in experimentellen Daten kann ML Vorhersagen liefern, ohne dass ein intensives Verständnis seiner Funktionsweise erforderlich ist.

Störende Wirkung

On-Demand-Moleküle weisen das größte Potenzial in der Arzneimittelforschung auf. Ein Wirkstoff-Target ist ein Protein-basiertes Molekül, das eine Rolle bei der Entstehung von Krankheitssymptomen spielt. Medikamente wirken auf diese Moleküle, um Funktionen zu verändern oder zu stoppen, die zu Krankheitssymptomen führen. Um potenzielle Medikamente zu finden, verwenden Wissenschaftler häufig die umgekehrte Methode, bei der eine bekannte Reaktion untersucht wird, um festzustellen, welche Moleküle an dieser Funktion beteiligt sind. Diese Technik wird Zieldekonvolution genannt. Es bedarf komplexer chemischer und mikrobiologischer Untersuchungen, um herauszufinden, welches Molekül die gewünschte Funktion erfüllt.

Synthetische Biologie in der Wirkstoffforschung ermöglicht es Wissenschaftlern, neuartige Werkzeuge zu entwickeln, um Krankheitsmechanismen auf molekularer Ebene zu untersuchen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, synthetische Schaltkreise zu entwerfen, bei denen es sich um lebende Systeme handelt, die Aufschluss darüber geben können, welche Prozesse auf zellulärer Ebene stattfinden. Diese synthetischen biologischen Ansätze zur Wirkstoffforschung, bekannt als Genom-Mining, haben die Medizin revolutioniert.

Ein Beispiel für ein Unternehmen, das On-Demand-Moleküle anbietet, ist GreenPharma mit Sitz in Frankreich. Laut Unternehmenswebsite stellt Greenpharma Chemikalien für die pharmazeutische, kosmetische, landwirtschaftliche und feinchemische Industrie zu einem erschwinglichen Preis her. Sie produzieren kundenspezifische Synthesemoleküle im Gramm- bis Milligrammbereich. Das Unternehmen stellt jedem Kunden einen designierten Projektmanager (Ph.D.) und regelmäßige Berichtsintervalle zur Verfügung. Ein weiteres Biowissenschaftsunternehmen, das diesen Service anbietet, ist das in Kanada ansässige OTAVAChemicals, das über eine Sammlung von 12 Milliarden zugänglichen On-Demand-Molekülen verfügt, die auf 44 Bausteinen und XNUMX internen Reaktionen basieren. 

Auswirkungen von On-Demand-Molekülen

Zu den weiteren Auswirkungen von On-Demand-Molekülen können gehören: 

• Life-Sciences-Unternehmen investiert in künstliche Intelligenz und ML, um neue Moleküle und chemische Komponenten zu entdecken und in ihre Datenbanken aufzunehmen.
• Mehr Unternehmen mit einfacherem Zugang zu Molekülen, die benötigt werden, um weitere Produkte und Tools zu erforschen und zu entwickeln. 
• Einige Wissenschaftler fordern Vorschriften oder Standards, um sicherzustellen, dass Firmen einige Moleküle nicht für illegale Forschung und Entwicklung verwenden.
• Biopharma-Unternehmen investieren stark in ihre Forschungslabors, um On-Demand- und Mikroben-Engineering als Dienstleistung für andere Biotech-Unternehmen und Forschungsorganisationen zu ermöglichen.
• Synthetische Biologie ermöglicht die Entwicklung von lebenden Robotern und Nanopartikeln, die Operationen durchführen und Gentherapien liefern können.

Fragen zum Kommentieren

• Was sind einige andere potenzielle Anwendungsfälle von On-Demand-Molekülen?
• Wie kann dieser Dienst die wissenschaftliche Forschung und Entwicklung noch verändern?