Արհեստական նվազագույն բջիջներ. Բժշկական հետազոտությունների համար բավարար կյանք ստեղծելը
Արհեստական նվազագույն բջիջներ. Բժշկական հետազոտությունների համար բավարար կյանք ստեղծելը
Արհեստական նվազագույն բջիջներ. Բժշկական հետազոտությունների համար բավարար կյանք ստեղծելը
- Հեղինակ:
- Դեկտեմբերի 23, 2022
Insight ամփոփում
Ուսումնասիրելով կյանքի հիմնական տարրերը՝ գիտնականները նվազեցնում էին գենոմները՝ նվազագույն բջիջներ ստեղծելու համար՝ բացահայտելով կյանքի համար անհրաժեշտ հիմնական գործառույթները: Այս ջանքերը հանգեցրել են անսպասելի հայտնագործությունների և մարտահրավերների, ինչպիսիք են բջիջների անկանոն ձևերը, որոնք հուշում են գենետիկական կարևորության հետագա կատարելագործման և ըմբռնման համար: Այս հետազոտությունը ճանապարհ է հարթում սինթետիկ կենսաբանության առաջընթացի համար՝ դեղերի մշակման, հիվանդությունների ուսումնասիրության և անհատականացված բժշկության մեջ հնարավոր կիրառություններով:
Արհեստական նվազագույն բջիջների համատեքստ
Արհեստական նվազագույն բջիջները կամ գենոմի մինիմիզացումը գործնական սինթետիկ կենսաբանական մոտեցում է` հասկանալու համար, թե ինչպես են էական գեների փոխազդեցությունները առաջացնում կենսական ֆիզիոլոգիական գործընթացներ: Գենոմի մինիմիզացիան օգտագործեց նախագծում-կառուցում-փորձարկում-սովորելու մեթոդ, որը հիմնված էր մոդուլային գենոմային հատվածների և տրանսպոզոնային մուտագենեզից ստացված տեղեկատվության գնահատման և համակցման վրա (գեների մի հյուրընկալողից մյուսը փոխանցելու գործընթացը)՝ օգնելու ուղղորդել գեների ջնջումները: Այս մեթոդը նվազեցրեց կողմնակալությունը էական գեներ գտնելիս և գիտնականներին տվեց գործիքներ՝ փոխելու, վերակառուցելու և ուսումնասիրելու գենոմը և այն, ինչ այն անում է:
2010թ.-ին ԱՄՆ-ում գործող J. Craig Venter Institute-ի (JVCI) գիտնականները հայտարարեցին, որ հաջողությամբ վերացրել են Mycoplasma capricolum բակտերիաների ԴՆԹ-ն և այն փոխարինել համակարգչային գեներացվող ԴՆԹ-ով, որը հիմնված է մեկ այլ բակտերիաի՝ Mycoplasma mycoides-ի վրա: Թիմն իրենց նոր օրգանիզմը վերնագրել է JCVI-syn1.0 կամ «Սինթետիկ» կարճ: Այս օրգանիզմը Երկրի վրա առաջին ինքնակրկնվող տեսակն էր, որը բաղկացած էր համակարգչային ծնողներից: Այն ստեղծվել է, որպեսզի օգնի գիտնականներին հասկանալ, թե ինչպես է կյանքը գործում՝ սկսած բջիջներից վեր:
2016 թվականին թիմը ստեղծեց JCVI-syn3.0՝ միաբջիջ օրգանիզմ, որն ունի ավելի քիչ գեներ, քան պարզ կյանքի ցանկացած այլ հայտնի ձև (ընդամենը 473 գեն՝ համեմատած JVCI-syn1.0-ի 901 գեների հետ): Այնուամենայնիվ, օրգանիզմը գործել է անկանխատեսելի ձևերով։ Առողջ բջիջներ արտադրելու փոխարեն, այն ինքնավերարտադրման ժամանակ ստեղծել է տարօրինակ ձևի բջիջներ: Գիտնականները հասկացան, որ իրենք չափից շատ գեներ են հեռացրել սկզբնական բջիջից, ներառյալ բջիջների նորմալ բաժանման համար պատասխանատուները:
Խանգարող ազդեցություն
Որոշելով գտնել առողջ օրգանիզմ՝ հնարավորինս քիչ գեներով, Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (MIT) և Ազգային ստանդարտների և տեխնոլոգիաների ինստիտուտի (NIST) կենսաֆիզիկոսները 3.0 թվականին վերամիքսեցին JCVI-syn2021 կոդը: Նրանք կարողացան ստեղծել նոր տարբերակ, որը կոչվում է JCVI-syn3A: Չնայած այս նոր բջիջն ունի ընդամենը 500 գեն, հետազոտողների աշխատանքի շնորհիվ այն իրեն ավելի շատ նման է սովորական բջիջի:
Գիտնականներն աշխատում են բջիջն էլ ավելի հանելու ուղղությամբ: 2021 թվականին նոր սինթետիկ օրգանիզմ, որը հայտնի է որպես M. mycoides JCVI-syn3B, զարգացել է 300 օր շարունակ՝ ցույց տալով, որ այն կարող է մուտացիայի ենթարկվել տարբեր հանգամանքներում: Կենսաինժեներները նաև լավատես են, որ ավելի արդյունավետ օրգանիզմը կարող է օգնել գիտնականներին ուսումնասիրել կյանքը իր ամենահիմնական մակարդակում և հասկանալ, թե ինչպես են առաջանում հիվանդությունները:
2022 թվականին Ուրբանա-Շամպայնի Իլինոյսի համալսարանի, JVCI-ի և Գերմանիայում գործող Technische Universität Dresden-ի գիտնականների թիմը ստեղծեց JCVI-syn3A-ի համակարգչային մոդելը: Այս մոդելը կարող է ճշգրիտ կանխատեսել իր իրական անալոգի աճը և մոլեկուլային կառուցվածքը: 2022 թվականի դրությամբ դա համակարգչի կողմից մոդելավորած ամենաամբողջական բջջային մոդելն էր:
Այս սիմուլյացիան կարող է արժեքավոր տեղեկատվություն տալ: Այս տվյալները ներառում են նյութափոխանակության, աճի և գենետիկական տեղեկատվության գործընթացները բջջային ցիկլի ընթացքում: Վերլուծությունն առաջարկում է պատկերացում կազմել կյանքի սկզբունքների և բջիջների կողմից էներգիայի սպառման մասին, ներառյալ ամինաթթուների, նուկլեոտիդների և իոնների ակտիվ տեղափոխումը: Քանի որ նվազագույն բջիջների հետազոտությունները շարունակում են աճել, գիտնականները կարող են ստեղծել ավելի լավ սինթետիկ կենսաբանական համակարգեր, որոնք կարող են օգտագործվել դեղամիջոցներ մշակելու, հիվանդություններ ուսումնասիրելու և գենետիկական թերապիաներ հայտնաբերելու համար:
Արհեստական նվազագույն բջիջների հետևանքները
Արհեստական նվազագույն բջիջների զարգացման ավելի լայն հետևանքները կարող են ներառել.
- Ավելի գլոբալ համագործակցություններ՝ հետազոտության համար մերկացած, բայց գործող կյանքի համակարգեր ստեղծելու համար:
- Մեքենայի ուսուցման և համակարգչային մոդելավորման օգտագործման ավելացում՝ կենսաբանական կառուցվածքները, ինչպիսիք են արյան բջիջները և սպիտակուցները, քարտեզագրելու համար:
- Առաջադեմ սինթետիկ կենսաբանություն և մեքենա-օրգանիզմ հիբրիդներ, ներառյալ մարմինը չիպի վրա և կենդանի ռոբոտները: Այնուամենայնիվ, այս փորձերը կարող են էթիկական բողոքներ ստանալ որոշ գիտնականներից:
- Որոշ բիոտեխնոլոգիական և կենսաֆարմային ընկերություններ մեծապես ներդրումներ են կատարում սինթետիկ կենսաբանության նախաձեռնություններում՝ դեղամիջոցների և թերապիայի զարգացումներին արագ հետևելու համար:
- Գենետիկական խմբագրման ոլորտում նորարարությունների և հայտնագործությունների ավելացում, քանի որ գիտնականները ավելին են սովորում գեների և դրանց մանիպուլյացիայի մասին:
- Կենսատեխնոլոգիական հետազոտությունների ընդլայնված կանոնակարգեր՝ ապահովելու էթիկական պրակտիկա՝ պաշտպանելով և՛ գիտական ամբողջականությունը, և՛ հանրային վստահությունը:
- Սինթետիկ կենսաբանության և արհեստական կյանքի ձևերի վրա կենտրոնացած կրթական և վերապատրաստման նոր ծրագրերի ի հայտ գալը՝ գիտնականների հաջորդ սերնդին մասնագիտացված հմտություններով զինելով:
- Առողջապահական ռազմավարությունների անցում դեպի անհատականացված բժշկություն՝ օգտագործելով արհեստական բջիջներ և սինթետիկ կենսաբանություն՝ հարմարեցված բուժման և ախտորոշման համար:
Հարցեր, որոնք պետք է հաշվի առնել
- Եթե դուք աշխատում եք սինթետիկ կենսաբանության ոլորտում, որո՞նք են նվազագույն բջիջների մյուս առավելությունները:
- Ինչպե՞ս կարող են կազմակերպություններն ու հաստատությունները միասին աշխատել սինթետիկ կենսաբանության առաջխաղացման համար:
Insight հղումներ
Հետևյալ հանրաճանաչ և ինստիտուցիոնալ հղումները վկայակոչվել են այս պատկերացման համար.