Artefaritaj minimumaj ĉeloj: Kreante sufiĉan vivon por medicina esplorado

• Aŭtoro:
• Aŭtora nomo

  Quantumrun Foresight
• Decembro 23, 2022

Enrigarda resumo

Esplorante la esencojn de vivo, sciencistoj reduktis genarojn por krei minimumajn ĉelojn, rivelante la kernfunkciojn necesajn por vivo. Tiuj klopodoj kondukis al neatenditaj eltrovaĵoj kaj defioj, kiel ekzemple neregulaj ĉelformoj, instigante plian rafinadon kaj komprenon de genetikaj havendaĵoj. Ĉi tiu esplorado malfermas la vojon al progresoj en sinteza biologio, kun eblaj aplikoj en drog-evoluo, malsanstudo kaj personigita medicino.

Kunteksto de artefaritaj minimumaj ĉeloj

Artefaritaj minimumaj ĉeloj aŭ genarminimumigo estas praktika sinteza biologia aliro por kompreni kiel interagoj inter esencaj genoj kaŭzas decidajn fiziologiajn procesojn. Genarminimumigo uzis dezajno-konstruo-test-lernan metodon kiu dependis de la taksado kaj kombinaĵo de modulaj genomicsegmentoj kaj informoj de transposonmutagenezo (la procezo de transdonado de genoj de unu gastiganto ĝis alia) por helpi gvidi genforigojn. Ĉi tiu metodo reduktis biason dum trovado de esencaj genoj kaj donis al sciencistoj la ilojn por ŝanĝi, rekonstrui kaj studi la genaron kaj kion ĝi faras.

En 2010, sciencistoj ĉe la usona J. Craig Venter Institute (JVCI) sciigis ke ili sukcese eliminis la DNA de la bakterioj Mycoplasma capricolum kaj anstataŭigis ĝin per komputil-generita DNA bazita sur alia bakterio, Mycoplasma mycoides. La teamo titolis sian novan organismon JCVI-syn1.0, aŭ "Sinteza", mallonge. Tiu organismo estis la unua mem-reproduktanta specio sur la Tero kiu konsistis el komputilgepatroj. Ĝi estis kreita por helpi sciencistojn kompreni kiel la vivo funkciis, komencante de ĉeloj supren. 

En 2016, la teamo kreis JCVI-syn3.0, unuĉelan organismon kun pli malmultaj genoj ol iu alia konata formo de simpla vivo (nur 473 genoj kompare kun la 1.0 genoj de JVCI-syn901). Tamen, la organismo agis en neantaŭvideblaj manieroj. Anstataŭ produkti sanajn ĉelojn, ĝi kreis strange formajn dum mem-reproduktado. Sciencistoj rimarkis, ke ili forigis tro multajn genojn de la origina ĉelo, inkluzive de tiuj respondecaj pri normala ĉela divido. 

Disrompa efiko

Determinataj trovi sanan organismon kun la plej malmultaj eblaj genoj, biofizikistoj de la Masaĉuseca Instituto pri Teknologio (MIT) kaj la Nacia Instituto pri Normoj kaj Teknologio (NIST) remiksis la kodon JCVI-syn3.0 en 2021. Ili povis krei nova varianto nomita JCVI-syn3A. Kvankam ĉi tiu nova ĉelo havas nur 500 genojn, ĝi kondutas pli kiel regula ĉelo danke al la laboro de la esploristoj. 

Sciencistoj laboras por senvestigi la ĉelon eĉ pli. En 2021, nova sinteza organismo konata kiel M. mycoides JCVI-syn3B evoluis dum 300 tagoj, montrante ke ĝi povas mutacii sub malsamaj cirkonstancoj. Bioinĝenieroj ankaŭ estas optimismaj, ke pli flulinia organismo povas helpi sciencistojn studi vivon ĉe ĝia plej baza nivelo kaj kompreni kiel malsanoj progresas.

En 2022, teamo de sciencistoj de la Universitato de Ilinojso ĉe Urbana-Champaign, JVCI, kaj German-bazita Technische Universität Dresden kreis komputilmodelon de JCVI-syn3A. Ĉi tiu modelo povus precize antaŭdiri la kreskon kaj molekula strukturon de sia realviva analogo. Aktuale en 2022, ĝi estis la plej kompleta tutĉela modelo kiun komputilo simulis.

Ĉi tiuj simulaĵoj povas disponigi valorajn informojn. Ĉi tiuj datumoj inkluzivas metabolon, kreskon kaj genetikajn informajn procezojn dum ĉela ciklo. La analizo ofertas sciojn pri la principoj de vivo kaj kiel ĉeloj konsumas energion, inkluzive de la aktiva transporto de aminoacidoj, nukleotidoj kaj jonoj. Ĉar minimuma ĉelesplorado daŭre kreskas, sciencistoj povas krei pli bonajn sintezbiologiajn sistemojn, kiuj povas esti uzataj por evoluigi drogojn, studi malsanojn kaj malkovri genetikajn terapiojn.

Implicoj de artefaritaj minimumaj ĉeloj

Pli larĝaj implicoj de la evoluo de artefaritaj minimumaj ĉeloj povas inkludi: 

• Pli tutmondaj kunlaboroj por krei nudigitajn sed funkciajn vivsistemojn por esplorado.
• Pliigita maŝinlernado kaj komputilmodeliga uzokutimo por mapi biologiajn strukturojn, kiel sangaj ĉeloj kaj proteinoj.
• Altnivela sinteza biologio kaj maŝin-organismaj hibridoj, inkluzive de korpo-sur-peceto kaj vivaj robotoj. Tamen, ĉi tiuj eksperimentoj povus ricevi etikajn plendojn de iuj sciencistoj.
• Kelkaj bioteknologiaj kaj biofarmaciaj firmaoj peze investas en sintezaj biologiaj iniciatoj por rapidigi drogojn kaj terapievoluojn.
• Pliigita novigado kaj malkovroj en genetika redaktado ĉar sciencistoj lernas pli pri genoj kaj kiel ili povas esti manipulitaj.
• Plibonigitaj regularoj pri bioteknologia esplorado por certigi etikajn praktikojn, protektante kaj sciencan integrecon kaj publikan fidon.
• Apero de novaj edukaj kaj trejnaj programoj koncentriĝis pri sinteza biologio kaj artefaritaj vivoformoj, ekipante la venontan generacion de sciencistoj per specialigitaj kapabloj.
• Ŝanĝo en sanaj strategioj al personigita medicino, uzante artefaritajn ĉelojn kaj sintezan biologion por tajloritaj traktadoj kaj diagnozoj.

Konsiderindaj demandoj

• Se vi laboras en la kampo de sinteza biologio, kiaj estas la aliaj avantaĝoj de minimumaj ĉeloj?
• Kiel organizoj kaj institucioj povas kunlabori por progresigi la sintezan biologion?