Molecole su richiesta: un catalogo di molecole prontamente disponibili

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  Preveggenza quantistica
• Dicembre 22, 2022

Riepilogo approfondimenti

La biologia sintetica è una scienza della vita emergente che applica i principi dell’ingegneria alla biologia per creare nuove parti e sistemi. Nella scoperta dei farmaci, la biologia sintetica ha il potenziale per rivoluzionare le cure mediche creando molecole su richiesta. Le implicazioni a lungo termine di queste molecole potrebbero includere l’uso dell’intelligenza artificiale per accelerare il processo di creazione e le aziende biofarmaceutiche investono massicciamente in questo mercato emergente.

Contesto delle molecole on-demand

L'ingegneria metabolica consente agli scienziati di utilizzare cellule ingegnerizzate per creare molecole nuove e sostenibili, come biocarburanti rinnovabili o farmaci antitumorali. Con le numerose possibilità offerte dall'ingegneria metabolica, è stata considerata una delle "dieci migliori tecnologie emergenti" dal World Economic Forum nel 2016. Inoltre, la biologia industrializzata dovrebbe aiutare a sviluppare bioprodotti e materiali rinnovabili, migliorare le colture e consentire nuove applicazioni biomediche.

L'obiettivo principale della biologia sintetica o creata in laboratorio è utilizzare i principi dell'ingegneria per migliorare l'ingegneria genetica e metabolica. La biologia sintetica coinvolge anche compiti non metabolici, come le modifiche genetiche che eliminano le zanzare portatrici di malaria o microbiomi ingegnerizzati che potrebbero potenzialmente sostituire i fertilizzanti chimici. Questa disciplina è in rapida crescita, supportata dai progressi nella fenotipizzazione ad alto rendimento (il processo di valutazione della composizione o dei tratti genetici), dall'accelerazione del sequenziamento del DNA e dalle capacità di sintesi e dall'editing genetico abilitato da CRISPR.

Con l'avanzare di queste tecnologie, aumentano anche le capacità dei ricercatori di creare molecole e microbi su richiesta per tutti i tipi di ricerca. In particolare, l'apprendimento automatico (ML) è uno strumento efficace che può accelerare la creazione di molecole sintetiche prevedendo come si comporterà un sistema biologico. Comprendendo i modelli nei dati sperimentali, ML può fornire previsioni senza la necessità di una comprensione approfondita di come funziona.

Impatto dirompente

Le molecole on-demand mostrano il maggior potenziale nella scoperta di farmaci. Un bersaglio farmacologico è una molecola a base proteica che svolge un ruolo nel causare i sintomi della malattia. I farmaci agiscono su queste molecole per modificare o interrompere le funzioni che portano ai sintomi della malattia. Per trovare potenziali farmaci, gli scienziati usano spesso il metodo inverso, che studia una reazione nota per determinare quali molecole sono coinvolte in quella funzione. Questa tecnica è chiamata deconvoluzione del bersaglio. Richiede complessi studi chimici e microbiologici per individuare quale molecola svolge la funzione desiderata.

La biologia sintetica nella scoperta di farmaci consente agli scienziati di progettare nuovi strumenti per studiare i meccanismi delle malattie a livello molecolare. Un modo per farlo è progettare circuiti sintetici, che sono sistemi viventi in grado di fornire informazioni su quali processi stanno avvenendo a livello cellulare. Questi approcci di biologia sintetica alla scoperta di farmaci, noti come estrazione del genoma, hanno rivoluzionato la medicina.

Un esempio di azienda che fornisce molecole su richiesta è GreenPharma, con sede in Francia. Secondo il sito dell'azienda, Greenpharma crea prodotti chimici per l'industria farmaceutica, cosmetica, agricola e della chimica fine a un prezzo accessibile. Producono molecole di sintesi personalizzate a livelli da grammo a milligrammi. L'azienda fornisce a ciascun cliente un project manager designato (Ph.D.) e intervalli di reporting regolari. Un'altra azienda di scienze della vita che offre questo servizio è OTAVAChemicals, con sede in Canada, che ha una raccolta di 12 miliardi di molecole accessibili su richiesta basate su trentamila elementi costitutivi e 44 reazioni interne. 

Implicazioni delle molecole on-demand

Implicazioni più ampie delle molecole su richiesta possono includere: 

• Azienda di scienze biologiche che investe in intelligenza artificiale e ML per scoprire nuove molecole e componenti chimici da aggiungere ai propri database.
• Più aziende hanno un accesso più facile alle molecole necessarie per esplorare ulteriormente e sviluppare prodotti e strumenti. 
• Alcuni scienziati chiedono regolamenti o standard per garantire che le aziende non utilizzino alcune molecole per ricerca e sviluppo illegali.
• Le aziende biofarmaceutiche investono pesantemente nei loro laboratori di ricerca per abilitare l'ingegneria microbica e su richiesta come servizio per altre aziende biotecnologiche e organizzazioni di ricerca.
• Biologia sintetica che consente lo sviluppo di robot viventi e nanoparticelle in grado di eseguire interventi chirurgici e fornire terapie genetiche.
• Maggiore dipendenza dai mercati virtuali per le forniture chimiche, consentendo alle aziende di reperire e ottenere rapidamente molecole specifiche, migliorando la loro efficienza operativa e riducendo il time-to-market per i nuovi prodotti.
• I governi che attuano politiche per gestire le implicazioni etiche e le preoccupazioni sulla sicurezza della biologia sintetica, in particolare nel contesto dello sviluppo di robot viventi e nanoparticelle per applicazioni mediche.
• Le istituzioni educative stanno rivedendo i programmi di studio per includere argomenti più avanzati nella biologia sintetica e nelle scienze molecolari, preparando la prossima generazione di scienziati alle sfide e alle opportunità emergenti in questi campi.

Domande da considerare

• Quali sono alcuni altri potenziali casi d'uso di molecole on-demand?
• In quale altro modo questo servizio può cambiare la ricerca scientifica e lo sviluppo?