Keinotekoiset minimaaliset solut: riittävän elämän luominen lääketieteelliseen tutkimukseen

KUVAKrediitti:
Kuva pistetilanne
iStock

Keinotekoiset minimaaliset solut: riittävän elämän luominen lääketieteelliseen tutkimukseen

Menesty tulevaisuuden trendeistä

Tilaa jo tänään ja varustaa tiimisi johtavalla trendi- ja ennakointialustalla, jota käyttävät monialaiset, tulevaisuuteen keskittyvät tiimit, jotka työskentelevät strategian, innovaation, tuotekehityksen, sijoittajatutkimuksen ja kuluttajanäkemysten osastoilla. Muunna toimialan trendit yrityksesi käytännön oivalluksiksi.

Alkaen 15 dollaria/kk

Keinotekoiset minimaaliset solut: riittävän elämän luominen lääketieteelliseen tutkimukseen

Alaotsikon teksti
Tiedemiehet yhdistävät tietokonemallinnuksen, geneettisen muokkauksen ja synteettisen biologian luodakseen täydelliset näytteet lääketieteellisiin tutkimuksiin.
    • Kirjoittaja:
    • tekijän nimi
      Quantumrun Foresight
    • Joulukuu 23, 2022

    Lähetä teksti

    Tutkijat pyrkivät luomaan mahdollisimman toimivia minisolualustoja. Nämä järjestelmät ovat synteettisen biologian perusrakennuspalikoita ja antavat tutkijoille mahdollisuuden tutkia solujen ja geenien käyttäytymistä ja sairauksien kehittymistä.

    Keinotekoinen minimaalinen solukonteksti

    Keinotekoinen minimaalisten solujen tai genomin minimointi on käytännöllinen synteettisen biologian lähestymistapa, jolla ymmärretään, kuinka olennaisten geenien väliset vuorovaikutukset synnyttävät elintärkeitä fysiologisia prosesseja. Genomin minimointi käytti suunnittelu-rakennus-testi-oppi-menetelmää, joka perustui modulaaristen genomisegmenttien ja transposonimutageneesin (geenien siirtoprosessi isännästä toiseen) arviointiin ja yhdistämiseen geenideleetioiden ohjaamiseksi. Tämä menetelmä vähensi harhaa löydettäessä välttämättömiä geenejä ja antoi tutkijoille työkalut muuttaa, rakentaa uudelleen ja tutkia genomia ja sen toimintaa.

    Vuonna 2010 yhdysvaltalaisen J. Craig Venter Instituten (JVCI) tutkijat ilmoittivat onnistuneesti eliminoineet Mycoplasma capricolum -bakteerin DNA:n ja korvanneet sen tietokoneella tuotetulla DNA:lla, joka perustuu toiseen bakteeriin, Mycoplasma mycoides -bakteeriin. Tiimi antoi uuden organisminsa nimeksi JCVI-syn1.0 tai lyhennettynä "Synthetic". Tämä organismi oli ensimmäinen itsensä replikoituva laji maan päällä, joka koostui tietokonevanhemmista. Se luotiin auttamaan tutkijoita ymmärtämään, kuinka elämä toimi soluista ylöspäin. 

    Vuonna 2016 tiimi loi JCVI-syn3.0:n, yksisoluisen organismin, jolla on vähemmän geenejä kuin missään muussa tunnetussa yksinkertaisen elämänmuodossa (vain 473 geeniä verrattuna JVCI-syn1.0:n 901 geeniin). Organismi toimi kuitenkin arvaamattomilla tavoilla. Sen sijaan, että se olisi tuottanut terveitä soluja, se loi omituisen muotoisia soluja itsensä replikaation aikana. Tutkijat ymmärsivät, että he olivat poistaneet liian monta geeniä alkuperäisestä solusta, mukaan lukien ne, jotka olivat vastuussa normaalista solun jakautumisesta. 

    Häiritsevä vaikutus

    Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) ja National Institute of Standards and Technologyn (NIST) biofyysikot päättivät löytää terveen organismin, jolla on mahdollisimman vähän geenejä, sekoittivat uudelleen JCVI-syn3.0-koodin vuonna 2021. He pystyivät luomaan uusi versio nimeltä JCVI-syn3A. Vaikka tässä uudessa solussa on vain 500 geeniä, se käyttäytyy enemmän kuin tavallinen solu tutkijoiden työn ansiosta. 

    Tutkijat työskentelevät tuhotakseen solun entisestään. Vuonna 2021 uusi synteettinen organismi, joka tunnetaan nimellä M. mycoides JCVI-syn3B, kehittyi 300 päivän ajan, mikä osoitti, että se voi mutatoitua erilaisissa olosuhteissa. Bioinsinöörit ovat myös optimistisia, että virtaviivaisempi organismi voi auttaa tutkijoita tutkimaan elämää sen alkeellisimmalla tasolla ja ymmärtämään, miten sairaudet etenevät.

    Vuonna 2022 tutkijaryhmä Illinoisin yliopistosta Urbana-Champaignissa, JVCI:ssä ja Saksassa sijaitsevasta Technische Universität Dresdenistä loi tietokonemallin JCVI-syn3A:sta. Tämä malli voisi ennustaa tarkasti sen tosielämän analogin kasvun ja molekyylirakenteen. Vuodesta 2022 lähtien se oli täydellisin kokosoluinen malli, jonka tietokone on simuloinut.

    Nämä simulaatiot voivat tarjota arvokasta tietoa. Nämä tiedot sisältävät aineenvaihduntaa, kasvua ja geneettisiä tietoprosesseja solusyklin aikana. Analyysi tarjoaa käsityksen elämän periaatteista ja siitä, miten solut kuluttavat energiaa, mukaan lukien aminohappojen, nukleotidien ja ionien aktiivinen kuljetus. Kun minimaalisen solututkimuksen kasvu jatkuu, tutkijat voivat luoda parempia synteettisiä biologiajärjestelmiä, joita voidaan käyttää lääkkeiden kehittämiseen, sairauksien tutkimiseen ja geneettisten hoitojen löytämiseen.

    Keinotekoisten minimaalisten solujen vaikutukset

    Keinotekoisten minimaalisten solujen kehityksen laajempia vaikutuksia voivat olla: 

    • Lisää globaaleja yhteistyömuotoja, joilla luodaan tyrmääviä mutta toimivia elämänjärjestelmiä.
    • Lisääntynyt koneoppimisen ja tietokonemallinnuksen käyttö biologisten rakenteiden, kuten verisolujen ja proteiinien, kartoittamiseen.
    • Kehittynyt synteettinen biologia ja kone-organismihybridit, mukaan lukien body-on-a-chip ja elävät robotit. Nämä kokeet voivat kuitenkin saada eettisiä valituksia joiltakin tutkijoilta.
    • Jotkut biotekniikka- ja biolääkeyritykset investoivat voimakkaasti synteettisen biologian aloitteisiin nopeuttaakseen lääke- ja hoitokehitystä.
    • Lisääntynyt innovaatio ja löydöt geneettisessä muokkauksessa, kun tutkijat oppivat lisää geeneistä ja niiden manipuloinnista.

    Kommentoitavia kysymyksiä

    • Jos työskentelet synteettisen biologian alalla, mitä muita minimaalisten solujen etuja on?
    • Miten organisaatiot ja laitokset voivat työskennellä yhdessä edistääkseen synteettistä biologiaa?

    Insight-viittauksia

    Tässä oivalluksessa viitattiin seuraaviin suosittuihin ja institutionaalisiin linkkeihin: