Μόρια κατ' απαίτηση: Ένας κατάλογος με άμεσα διαθέσιμα μόρια

• Συγγραφέας:
• όνομα συγγραφέα

  Quantumrun Foresight
• Δεκέμβριος 22, 2022

Περίληψη Insight

Η συνθετική βιολογία είναι μια αναδυόμενη επιστήμη της ζωής που εφαρμόζει αρχές μηχανικής στη βιολογία για τη δημιουργία νέων εξαρτημάτων και συστημάτων. Στην ανακάλυψη φαρμάκων, η συνθετική βιολογία έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στην ιατρική θεραπεία δημιουργώντας μόρια κατ' απαίτηση. Οι μακροπρόθεσμες επιπτώσεις αυτών των μορίων θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης για την ταχεία παρακολούθηση της διαδικασίας δημιουργίας και τις εταιρείες βιοφαρμακευτικών που επενδύουν σε μεγάλο βαθμό σε αυτήν την αναδυόμενη αγορά.

Πλαίσιο μορίων κατ' απαίτηση

Η μηχανική του μεταβολισμού επιτρέπει στους επιστήμονες να χρησιμοποιούν μηχανικά κύτταρα για να δημιουργήσουν νέα και βιώσιμα μόρια, όπως ανανεώσιμα βιοκαύσιμα ή φάρμακα πρόληψης του καρκίνου. Με τις πολλές δυνατότητες που προσφέρει η μεταβολική μηχανική, θεωρήθηκε ως μία από τις «Δέκα Κορυφαίες Αναδυόμενες Τεχνολογίες» από το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ το 2016. Επιπλέον, η βιομηχανοποιημένη βιολογία αναμένεται να βοηθήσει στην ανάπτυξη ανανεώσιμων βιοπροϊόντων και υλικών, στη βελτίωση των καλλιεργειών και στη δημιουργία νέων βιοϊατρικές εφαρμογές.

Ο πρωταρχικός στόχος της συνθετικής ή εργαστηριακής βιολογίας είναι η χρήση αρχών μηχανικής για τη βελτίωση της γενετικής και μεταβολικής μηχανικής. Η συνθετική βιολογία περιλαμβάνει επίσης μη μεταβολικές εργασίες, όπως γενετικές τροποποιήσεις που εξαλείφουν τα κουνούπια που φέρουν ελονοσία ή κατασκευασμένα μικροβιώματα που θα μπορούσαν ενδεχομένως να αντικαταστήσουν τα χημικά λιπάσματα. Αυτός ο κλάδος αναπτύσσεται ταχέως, υποστηρίζεται από τις εξελίξεις στον φαινοτύπο υψηλής απόδοσης (η διαδικασία αξιολόγησης της γενετικής σύνθεσης ή χαρακτηριστικών), την επιτάχυνση των δυνατοτήτων προσδιορισμού και σύνθεσης αλληλουχίας DNA και γενετικής επεξεργασίας με δυνατότητα CRISPR.

Καθώς αυτές οι τεχνολογίες προχωρούν, αυξάνονται και οι δυνατότητες των ερευνητών να δημιουργούν μόρια και μικρόβια κατά παραγγελία για κάθε είδους έρευνα. Συγκεκριμένα, η μηχανική μάθηση (ML) είναι ένα αποτελεσματικό εργαλείο που μπορεί να επιταχύνει τη δημιουργία συνθετικών μορίων προβλέποντας πώς θα συμπεριφερθεί ένα βιολογικό σύστημα. Κατανοώντας τα μοτίβα στα πειραματικά δεδομένα, η ML μπορεί να παρέχει προβλέψεις χωρίς να χρειάζεται εντατική κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της.

Αποδιοργανωτικός αντίκτυπος

Τα μόρια κατ' απαίτηση παρουσιάζουν τις περισσότερες δυνατότητες στην ανακάλυψη φαρμάκων. Ένας στόχος φαρμάκου είναι ένα μόριο με βάση την πρωτεΐνη που παίζει ρόλο στην πρόκληση συμπτωμάτων της νόσου. Τα φάρμακα δρουν σε αυτά τα μόρια για να αλλάξουν ή να σταματήσουν λειτουργίες που οδηγούν σε συμπτώματα ασθένειας. Για να βρουν πιθανά φάρμακα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν συχνά την αντίστροφη μέθοδο, η οποία μελετά μια γνωστή αντίδραση για να προσδιορίσει ποια μόρια εμπλέκονται σε αυτή τη λειτουργία. Αυτή η τεχνική ονομάζεται αποσυνέλιξη στόχου. Απαιτεί πολύπλοκες χημικές και μικροβιολογικές μελέτες για να εντοπιστεί ποιο μόριο επιτελεί την επιθυμητή λειτουργία.

Η συνθετική βιολογία στην ανακάλυψη φαρμάκων δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες να σχεδιάσουν νέα εργαλεία για τη διερεύνηση μηχανισμών ασθενειών σε μοριακό επίπεδο. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι μέσω του σχεδιασμού συνθετικών κυκλωμάτων, τα οποία είναι ζωντανά συστήματα που μπορούν να παρέχουν εικόνα για το ποιες διαδικασίες λαμβάνουν χώρα σε κυτταρικό επίπεδο. Αυτές οι προσεγγίσεις συνθετικής βιολογίας στην ανακάλυψη φαρμάκων, γνωστές ως εξόρυξη γονιδιώματος, έχουν φέρει επανάσταση στην ιατρική.

Ένα παράδειγμα εταιρείας που παρέχει μόρια κατ' απαίτηση είναι η GreenPharma με έδρα τη Γαλλία. Σύμφωνα με το site της εταιρείας, η Greenpharma δημιουργεί χημικά για τις φαρμακευτικές, καλλυντικές, γεωργικές και εκλεκτές χημικές βιομηχανίες σε προσιτή τιμή. Παράγουν προσαρμοσμένα μόρια σύνθεσης σε επίπεδα από γραμμάρια έως χιλιοστόγραμμα. Η εταιρεία παρέχει σε κάθε πελάτη έναν καθορισμένο διαχειριστή έργου (Ph.D.) και τακτικά διαστήματα αναφοράς. Μια άλλη εταιρεία βιοεπιστημών που προσφέρει αυτή την υπηρεσία είναι η OTAVAChemicals με έδρα τον Καναδά, η οποία διαθέτει μια συλλογή από 12 δισεκατομμύρια προσβάσιμα μόρια κατά παραγγελία που βασίζονται σε τριάντα χιλιάδες δομικά στοιχεία και 44 εσωτερικές αντιδράσεις. 

Επιπτώσεις μορίων κατ' απαίτηση

Οι ευρύτερες επιπτώσεις των μορίων κατά παραγγελία μπορεί να περιλαμβάνουν: 

• Εταιρεία βιοεπιστημών που επενδύει στην τεχνητή νοημοσύνη και την ML για να ανακαλύψει νέα μόρια και χημικά συστατικά που θα προσθέσουν στις βάσεις δεδομένων τους.
• Περισσότερες εταιρείες που έχουν ευκολότερη πρόσβαση σε μόρια χρειαζόταν να εξερευνήσουν περαιτέρω και να αναπτύξουν προϊόντα και εργαλεία. 
• Ορισμένοι επιστήμονες ζητούν κανονισμούς ή πρότυπα για να διασφαλίσουν ότι οι εταιρείες δεν χρησιμοποιούν ορισμένα μόρια για παράνομη έρευνα και ανάπτυξη.
• Οι εταιρείες Biopharma επενδύουν σε μεγάλο βαθμό στα ερευνητικά τους εργαστήρια για να επιτρέψουν τη μηχανική κατ' απαίτηση και τη μικροβιακή μηχανική ως υπηρεσία για άλλες εταιρείες βιοτεχνολογίας και ερευνητικούς οργανισμούς.
• Συνθετική βιολογία που επιτρέπει την ανάπτυξη ζωντανών ρομπότ και νανοσωματιδίων που μπορούν να κάνουν χειρουργικές επεμβάσεις και να προσφέρουν γενετικές θεραπείες.
• Αυξημένη εξάρτηση από εικονικές αγορές για προμήθειες χημικών, δίνοντας τη δυνατότητα στις επιχειρήσεις να προμηθεύονται και να αποκτούν γρήγορα συγκεκριμένα μόρια, βελτιώνοντας τη λειτουργική τους απόδοση και μειώνοντας το χρόνο διάθεσης νέων προϊόντων στην αγορά.
• Οι κυβερνήσεις θεσπίζουν πολιτικές για τη διαχείριση των ηθικών επιπτώσεων και των ανησυχιών για την ασφάλεια της συνθετικής βιολογίας, ιδιαίτερα στο πλαίσιο της ανάπτυξης ζωντανών ρομπότ και νανοσωματιδίων για ιατρικές εφαρμογές.
• Εκπαιδευτικά ιδρύματα αναθεωρούν τα προγράμματα σπουδών για να περιλαμβάνουν πιο προηγμένα θέματα στη συνθετική βιολογία και τις μοριακές επιστήμες, προετοιμάζοντας την επόμενη γενιά επιστημόνων για τις αναδυόμενες προκλήσεις και ευκαιρίες σε αυτούς τους τομείς.

Ερωτήσεις προς εξέταση

• Ποιες είναι μερικές άλλες πιθανές περιπτώσεις χρήσης μορίων κατ' απαίτηση;
• Πώς αλλιώς μπορεί αυτή η υπηρεσία να αλλάξει την επιστημονική έρευνα και ανάπτυξη;