人工極小細胞: 医学研究に十分な生命を生み出す

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人工極小細胞: 医学研究に十分な生命を生み出す

人工極小細胞: 医学研究に十分な生命を生み出す

小見出しのテキスト
科学者は、コンピューター モデリング、遺伝子編集、合成生物学を組み合わせて、医学研究に最適な標本を作成します。
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      クォンタムラン・フォーサイト
    • 2022 年 12 月 23 日

    洞察の要約

    生命の本質を探求するために、科学者たちはゲノムを縮小して最小限の細胞を作成し、生命に必要な核となる機能を明らかにしてきました。これらの取り組みは、不規則な細胞形状などの予期せぬ発見や課題につながり、遺伝的本質のさらなる改良と理解を促しています。この研究は合成生物学の進歩への道を切り開き、医薬品開発、疾患研究、個別化医療への応用の可能性をもたらします。

    人工最小細胞のコンテキスト

    人工最小細胞またはゲノム最小化は、必須遺伝子間の相互作用が重要な生理学的プロセスをどのように生み出すかを理解するための実用的な合成生物学的アプローチです。 ゲノムの最小化では、モジュラー ゲノム セグメントの評価と組み合わせ、およびトランスポゾン変異誘発 (遺伝子をある宿主から別の宿主に移すプロセス) からの情報に依存する設計-構築-試験-学習法を使用して、遺伝子の欠失を導きました。 この方法により、必須遺伝子を見つける際のバイアスが軽減され、科学者はゲノムとその機能を変更、再構築、研究するためのツールを手に入れることができました。

    2010 年、米国に本拠を置く J. Craig Venter Institute (JVCI) の科学者は、バクテリア Mycoplasma capricolum の DNA を首尾よく除去し、それを別のバクテリアである Mycoplasma mycoides に基づくコンピューターで生成された DNA に置き換えることに成功したと発表しました。 チームは、彼らの新しい生物に JCVI-syn1.0、または略して「合成」というタイトルを付けました。 この生物は、コンピュータの親からなる地球上で最初の自己複製種でした。 細胞から始めて、生命がどのように機能するかを科学者が理解できるようにするために作成されました。 

    2016 年、チームは JCVI-syn3.0 を作成しました。JCVI-syn473 は、他の既知の単純な生命体よりも遺伝子数が少ない単細胞生物です (JVCI-syn1.0 の 901 個の遺伝子と比較してわずか XNUMX 個の遺伝子)。 しかし、生物は予測不可能な方法で行動しました。 自己複製中に、健康な細胞を作り出す代わりに、奇妙な形の細胞を作り出しました。 科学者たちは、元の細胞から、正常な細胞分裂に関与する遺伝子を含め、あまりにも多くの遺伝子を除去したことに気付きました。 

    破壊的な影響

    マサチューセッツ工科大学 (MIT) と国立標準技術研究所 (NIST) の生物物理学者は、可能な限り遺伝子が少ない健康な生物を見つけることを決意し、3.0 年に JCVI-syn2021 コードをリミックスしました。 JCVI-syn3A と呼ばれる新しい亜種。 この新しい細胞には 500 個の遺伝子しかありませんが、研究者の研究のおかげで、より通常の細胞のように動作します。 

    科学者たちは、細胞をさらに剥ぎ取ることに取り組んでいます。 2021 年には、M. mycoides JCVI-syn3B として知られる新しい合成生物が 300 日間進化し、さまざまな状況下で変異できることが実証されました。 生物工学者はまた、より合理化された生物は、科学者が最も基本的なレベルで生命を研究し、病気がどのように進行するかを理解するのに役立つと楽観的です.

    2022 年、イリノイ大学アーバナ シャンペーン校、JVCI、およびドイツに本拠を置くドレスデン工科大学の科学者チームが、JCVI-syn3A のコンピューター モデルを作成しました。 このモデルは、実際の類似体の成長と分子構造を正確に予測できます。 2022 年時点で、これはコンピューターがシミュレートした最も完全な全細胞モデルでした。

    これらのシミュレーションは、貴重な情報を提供できます。 このデータには、細胞周期にわたる代謝、成長、および遺伝情報のプロセスが含まれます。 この分析により、生命の原理と、アミノ酸、ヌクレオチド、イオンの能動輸送など、細胞がエネルギーを消費する方法についての洞察が得られます。 最小細胞研究が成長し続けるにつれて、科学者は、医薬品の開発、疾患の研究、および遺伝子治療の発見に使用できる、より優れた合成生物学システムを作成できます。

    人工極小細胞の意義

    人工最小細胞の開発のより広い意味は次のとおりです。 

    • 研究のための簡素化された機能的な生命システムを作成するための、よりグローバルなコラボレーション。
    • 血液細胞やタンパク質などの生物学的構造をマッピングするための機械学習とコンピューター モデリングの使用の増加。
    • ボディオンチップやライブロボットを含む、高度な合成生物学および機械と有機体のハイブリッド。 ただし、これらの実験は一部の科学者から倫理的な苦情を受ける可能性があります。
    • 一部のバイオテクノロジー企業およびバイオ製薬企業は、合成生物学のイニシアチブに多額の投資を行って、医薬品および治療法の開発を迅速に進めています。
    • 科学者が遺伝子とその操作方法についてより多くのことを学ぶにつれて、遺伝子編集における革新と発見が増加します。
    • バイオテクノロジー研究に対する規制を強化し、倫理的実践を確保し、科学的完全性と社会の信頼の両方を保護します。
    • 合成生物学と人工生命体に焦点を当てた新しい教育および訓練プログラムが出現し、次世代の科学者に専門的なスキルを身につけさせます。
    • 医療戦略を個別化医療に移行し、人工細胞と合成生物学を利用してオーダーメイドの治療と診断を行います。

    考慮すべき質問

    • 合成生物学の分野で働いている場合、最小細胞の他の利点は何ですか?
    • 合成生物学を進歩させるために、組織や機関はどのように協力できるでしょうか?

    インサイトの参照

    この洞察のために、次の一般的な機関リンクが参照されました。