Células mínimas artificiais: creando suficiente vida para a investigación médica

CRÉDITO DA IMAXE:
Crédito da imaxe
iStock

Células mínimas artificiais: creando suficiente vida para a investigación médica

Células mínimas artificiais: creando suficiente vida para a investigación médica

Texto do subtítulo
Os científicos fusionan o modelado informático, a edición xenética e a bioloxía sintética para crear os exemplares perfectos para estudos médicos.
    • autor:
    • nome do autor
      Previsión de Quantumrun
    • Decembro 23, 2022

    Resumo de insight

    Explorando o esencial da vida, os científicos estiveron reducindo os xenomas para crear células mínimas, revelando as funcións fundamentais necesarias para a vida. Estes esforzos levaron a descubrimentos e desafíos inesperados, como as formas celulares irregulares, que provocaron un maior perfeccionamento e comprensión dos elementos esenciais xenéticos. Esta investigación abre o camiño para avances na bioloxía sintética, con posibles aplicacións no desenvolvemento de fármacos, estudo de enfermidades e medicina personalizada.

    Contexto de células mínimas artificiais

    As células mínimas artificiais ou a minimización do xenoma é un enfoque práctico de bioloxía sintética para comprender como as interaccións entre xenes esenciais dan lugar a procesos fisiolóxicos vitais. A minimización do xenoma utilizou un método de deseño, construción, proba e aprendizaxe que se baseou na avaliación e combinación de segmentos xenómicos modulares e información procedente da mutaxénese de transposóns (o proceso de transferencia de xenes dun hóspede a outro) para axudar a guiar a eliminación de xenes. Este método reduciu o sesgo á hora de atopar xenes esenciais e deu aos científicos as ferramentas para cambiar, reconstruír e estudar o xenoma e o que fai.

    En 2010, os científicos do Instituto J. Craig Venter (JVCI) de Estados Unidos anunciaron que eliminaran con éxito o ADN da bacteria Mycoplasma capricolum e substituírono por ADN xerado por ordenador a partir doutra bacteria, Mycoplasma mycoides. O equipo titulou o seu novo organismo JCVI-syn1.0, ou "Sintético", para abreviar. Este organismo foi a primeira especie autorreplicada na Terra que consistía en pais informáticos. Foi creado para axudar aos científicos a comprender como funcionaba a vida, empezando dende as células. 

    En 2016, o equipo creou JCVI-syn3.0, un organismo unicelular con menos xenes que calquera outra forma coñecida de vida simple (só 473 xenes en comparación cos 1.0 xenes de JVCI-syn901). Non obstante, o organismo actuou de xeito imprevisible. En lugar de producir células saudables, creou outras de formas estrañas durante a autorreplicación. Os científicos decatáronse de que eliminaran demasiados xenes da célula orixinal, incluídos os responsables da división celular normal. 

    Impacto perturbador

    Decididos a atopar un organismo saudable con menos xenes posibles, os biofísicos do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts (MIT) e do Instituto Nacional de Estándares e Tecnoloxía (NIST) remesturaron o código JCVI-syn3.0 en 2021. Puideron crear un nova variante chamada JCVI-syn3A. Aínda que esta nova célula só ten 500 xenes, compórtase máis como unha célula normal grazas ao traballo dos investigadores. 

    Os científicos traballan para eliminar aínda máis a célula. En 2021, un novo organismo sintético coñecido como M. mycoides JCVI-syn3B evolucionou durante 300 días, demostrando que pode mutar en diferentes circunstancias. Os bioenxeñeiros tamén son optimistas de que un organismo máis racionalizado pode axudar aos científicos a estudar a vida no seu nivel máis básico e comprender como avanzan as enfermidades.

    En 2022, un equipo de científicos da Universidade de Illinois en Urbana-Champaign, JVCI e a Technische Universität Dresden, con sede en Alemaña, crearon un modelo informático de JCVI-syn3A. Este modelo podería predecir con precisión o crecemento e a estrutura molecular do seu análogo da vida real. A partir de 2022, foi o modelo de célula enteira máis completo que simulou unha computadora.

    Estas simulacións poden proporcionar información valiosa. Estes datos inclúen o metabolismo, o crecemento e os procesos de información xenética ao longo dun ciclo celular. A análise ofrece información sobre os principios da vida e como as células consomen enerxía, incluíndo o transporte activo de aminoácidos, nucleótidos e ións. A medida que a investigación celular mínima segue crecendo, os científicos poden crear mellores sistemas de bioloxía sintética que se poden usar para desenvolver fármacos, estudar enfermidades e descubrir terapias xenéticas.

    Implicacións das células mínimas artificiais

    As implicacións máis amplas do desenvolvemento de células mínimas artificiais poden incluír: 

    • Colaboracións máis globais para crear sistemas de vida reducidos pero funcionales para a investigación.
    • Aumento da aprendizaxe automática e do uso de modelos informáticos para mapear estruturas biolóxicas, como células sanguíneas e proteínas.
    • Bioloxía sintética avanzada e híbridos máquina-organismo, incluíndo body-on-a-chip e robots vivos. Non obstante, estes experimentos poden recibir queixas éticas dalgúns científicos.
    • Algunhas empresas biotecnolóxicas e biofarmacéuticas invisten moito en iniciativas de bioloxía sintética para acelerar o desenvolvemento de medicamentos e terapias.
    • Aumento da innovación e dos descubrimentos na edición xenética a medida que os científicos aprenden máis sobre os xenes e como se poden manipular.
    • Reforzo da normativa sobre investigación biotecnolóxica para garantir prácticas éticas, salvagardando tanto a integridade científica como a confianza pública.
    • Aparición de novos programas educativos e formativos centrados na bioloxía sintética e as formas de vida artificiais, dotando á próxima xeración de científicos de habilidades especializadas.
    • Cambio nas estratexias sanitarias cara á medicina personalizada, utilizando células artificiais e bioloxía sintética para tratamentos e diagnósticos personalizados.

    Preguntas a ter en conta

    • Se traballas no campo da bioloxía sintética, cales son os outros beneficios das células mínimas?
    • Como poden as organizacións e institucións traballar xuntas para avanzar na bioloxía sintética?

    Referencias de insight

    As seguintes ligazóns populares e institucionais foron referenciadas para esta visión: