Gervi lágmarksfrumur: Skapa nóg líf fyrir læknisfræðilegar rannsóknir

• Höfundur:
• Höfundur nafn

  Quantumrun Foresight
• Desember 23, 2022

Innsýn samantekt

Vísindamenn hafa kannað grundvallaratriði lífsins og dregið úr erfðamengi til að búa til lágmarksfrumur og afhjúpa þá kjarnastarfsemi sem nauðsynleg er fyrir líf. Þessar tilraunir hafa leitt til óvæntra uppgötvana og áskorana, svo sem óreglulegra frumuforma, sem hefur leitt til frekari betrumbóta og skilnings á erfðafræðilegum nauðsynlegum atriðum. Þessar rannsóknir ryðja brautina fyrir framfarir í tilbúinni líffræði, með hugsanlegri notkun í lyfjaþróun, sjúkdómsrannsóknum og persónulegri læknisfræði.

Gervi lágmarks frumur samhengi

Gervi lágmarksfrumur eða lágmörkun erfðamengis er hagnýt tilbúið líffræðileg nálgun til að skilja hvernig víxlverkun milli nauðsynlegra gena gefur tilefni til mikilvægra lífeðlisfræðilegra ferla. Minnkun erfðamengis notaði hönnun-smíði-próf-læra aðferð sem byggði á mati og samsetningu á erfðafræðilegum einingum og upplýsingum frá stökkbreytingu transposon (ferlið við að flytja gena frá einum hýsil til annars) til að hjálpa til við að leiðbeina genaeyðingum. Þessi aðferð dró úr hlutdrægni við að finna nauðsynleg gen og gaf vísindamönnum tæki til að breyta, endurbyggja og rannsaka erfðamengið og hvað það gerir.

Árið 2010 tilkynntu vísindamenn við bandarísku J. Craig Venter Institute (JVCI) að þeir hefðu útrýmt DNA bakteríunnar Mycoplasma capricolum með góðum árangri og skipt út fyrir tölvugerð DNA sem byggist á annarri bakteríunni, Mycoplasma mycoides. Liðið kallaði nýja lífveruna sína JCVI-syn1.0, eða „Synthetic“ í stuttu máli. Þessi lífvera var fyrsta tegundin sem fjölgaði sjálfum sér á jörðinni sem samanstóð af tölvuforeldrum. Það var búið til til að hjálpa vísindamönnum að skilja hvernig lífið virkaði, frá frumum upp. 

Árið 2016 bjó teymið til JCVI-syn3.0, einfruma lífveru með færri gen en nokkur önnur þekkt form einfalt lífs (aðeins 473 gen samanborið við 1.0 gen JVCI-syn901). Hins vegar virkaði lífveran á ófyrirsjáanlegan hátt. Í stað þess að framleiða heilbrigðar frumur, skapaði það einkennilega mótaðar frumur við sjálfsafritun. Vísindamenn komust að því að þeir höfðu fjarlægt of mörg gen úr upprunalegu frumunni, þar á meðal þau sem bera ábyrgð á eðlilegri frumuskiptingu. 

Truflandi áhrif

Lífeðlisfræðingar frá Massachusetts Institute of Technology (MIT) og National Institute of Standards and Technology (NIST) endurblanduðu JCVI-syn3.0 kóðann árið 2021, staðráðnir í að finna heilbrigða lífveru með sem fæstum genum. Þeir gátu búið til nýtt afbrigði sem kallast JCVI-syn3A. Jafnvel þó að þessi nýja fruma hafi aðeins 500 gen, hegðar hún sér meira eins og venjuleg fruma þökk sé vinnu rannsakenda. 

Vísindamenn vinna að því að fjarlægja frumuna enn frekar. Árið 2021 þróaðist ný tilbúið lífvera þekkt sem M. mycoides JCVI-syn3B í 300 daga, sem sýnir að hún getur stökkbreyst við mismunandi aðstæður. Lífverkfræðingar eru líka bjartsýnir á að straumlínulagðari lífvera geti hjálpað vísindamönnum að rannsaka lífið á grunnstigi þess og skilja hvernig sjúkdómar þróast.

Árið 2022 bjó teymi vísindamanna frá háskólanum í Illinois í Urbana-Champaign, JVCI og Technische Universität Dresden í Þýskalandi til tölvulíkan af JCVI-syn3A. Þetta líkan gæti spáð nákvæmlega fyrir um vöxt og sameindabyggingu raunveruleika hliðstæðu þess. Frá og með 2022 var það fullkomnasta heilfrumulíkanið sem tölva hefur líkt eftir.

Þessar eftirlíkingar geta veitt verðmætar upplýsingar. Þessi gögn innihalda efnaskipti, vöxt og erfðafræðilega upplýsingaferla yfir frumuhringrás. Greiningin veitir innsýn í meginreglur lífsins og hvernig frumur neyta orku, þar á meðal virkan flutning amínósýra, núkleótíða og jóna. Þar sem lágmarksfrumurannsóknir halda áfram að vaxa, geta vísindamenn búið til betri tilbúið líffræðikerfi sem hægt er að nota til að þróa lyf, rannsaka sjúkdóma og uppgötva erfðameðferð.

Afleiðingar gervi lágmarksfrumna

Víðtækari afleiðingar þróunar gervi lágmarksfrumna geta verið: 

• Meira alþjóðlegt samstarf til að búa til niðurrifið en virka lífskerfi til rannsókna.
• Aukið vélanám og notkun tölvulíkana til að kortleggja líffræðilega uppbyggingu, svo sem blóðfrumur og prótein.
• Háþróaðir tilbúnir líffræði og vél-lífverur blendingar, þar á meðal líkama-á-flís og lifandi vélmenni. Hins vegar gætu þessar tilraunir fengið siðferðilegar kvartanir frá sumum vísindamönnum.
• Sum líftækni- og líflyfjafyrirtæki fjárfesta mikið í frumkvæði um gervilíffræði til að hraða þróun lyfja og meðferðar.
• Aukin nýsköpun og uppgötvanir í erfðabreytingum þar sem vísindamenn læra meira um gena og hvernig hægt er að vinna með þau.
• Auknar reglur um líftæknirannsóknir til að tryggja siðferðileg vinnubrögð, standa vörð um bæði vísindalegan heiðarleika og traust almennings.
• Tilkoma nýrra fræðslu- og þjálfunaráætlana með áherslu á tilbúna líffræði og gervi lífsform, sem útbúa næstu kynslóð vísindamanna sérhæfðri færni.
• Breyting í heilsugæsluaðferðum í átt að sérsniðnum lækningum, með því að nýta gervifrumur og tilbúna líffræði fyrir sérsniðnar meðferðir og greiningar.

Spurningar sem þarf að íhuga

• Ef þú vinnur á sviði gervilíffræði, hverjir eru aðrir kostir lágmarksfrumna?
• Hvernig geta stofnanir og stofnanir unnið saman að því að efla tilbúna líffræði?