Жасанды минималды жасушалар: медициналық зерттеулер үшін жеткілікті өмірді құру

Кредит суреті:
Сурет несиесі
iStock

Жасанды минималды жасушалар: медициналық зерттеулер үшін жеткілікті өмірді құру

Жасанды минималды жасушалар: медициналық зерттеулер үшін жеткілікті өмірді құру

Тақырып мәтіні
Ғалымдар медициналық зерттеулер үшін тамаша үлгілерді жасау үшін компьютерлік модельдеу, генетикалық редакциялау және синтетикалық биологияны біріктіреді.
    • автор:
    • Автордың аты-жөні
      Кванттық болжау
    • Желтоқсан 23, 2022

    Түсінікті қорытынды

    Тіршіліктің маңыздылығын зерттей отырып, ғалымдар ең аз жасушаларды жасау үшін геномдарды азайтып, өмірге қажетті негізгі функцияларды ашты. Бұл күш-жігер күтпеген ашулар мен қиындықтарға әкелді, мысалы, тұрақты емес жасуша пішіндері, генетикалық маңызды нәрселерді одан әрі нақтылау мен түсінуге мүмкіндік берді. Бұл зерттеу синтетикалық биологиядағы жетістіктерге жол ашады, дәрі-дәрмектерді әзірлеуде, ауруларды зерттеуде және жеке медицинада әлеуетті қолданбалар.

    Жасанды минималды ұяшықтар контексі

    Жасанды минималды жасушалар немесе геномды минимизациялау маңызды гендер арасындағы өзара әрекеттесу өмірлік маңызды физиологиялық процестерді қалай тудыратынын түсінуге арналған практикалық синтетикалық биология тәсілі болып табылады. Геномды минимизациялау геннің жойылуын басқаруға көмектесу үшін модульдік геномдық сегменттерді және транспозон мутагенезінен (гендерді бір хосттан екіншісіне тасымалдау процесі) алынған ақпаратты бағалау мен біріктіруге негізделген жобалау-құру-сынақ-үйрену әдісін пайдаланды. Бұл әдіс маңызды гендерді табу кезінде ауытқуды азайтты және ғалымдарға геномды және оның не істейтінін өзгерту, қайта құру және зерттеу құралдарын берді.

    2010 жылы АҚШ-та орналасқан Дж.Крейг Вентер институтының (JVCI) ғалымдары Mycoplasma capricolum бактериясының ДНҚ-сын сәтті жойып, оны басқа бактерия, Mycoplasma mycoides негізінде компьютерде жасалған ДНҚ-ға ауыстырғанын хабарлады. Команда JCVI-syn1.0 немесе қысқаша «Синтетикалық» деп аталатын жаңа ағзасын атады. Бұл организм компьютерлік ата-аналардан тұратын жердегі алғашқы өзін-өзі көбейтетін түр болды. Ол ғалымдарға жасушалардан бастап өмірдің қалай жұмыс істейтінін түсінуге көмектесу үшін жасалған. 

    2016 жылы топ JCVI-syn3.0, қарапайым тіршіліктің кез келген белгілі түріне қарағанда гендері аз бір жасушалы организмді жасады (JVCI-syn473 1.0 генімен салыстырғанда тек 901 ген). Дегенмен, ағза болжау мүмкін емес тәсілдермен әрекет етті. Сау жасушаларды шығарудың орнына, ол өзін-өзі көбейту кезінде біртүрлі пішінді жасушаларды жасады. Ғалымдар бастапқы жасушадан тым көп гендерді, соның ішінде жасушаның қалыпты бөлінуіне жауапты гендерді алып тастағанын түсінді. 

    Деструктивті әсер

    Массачусетс технологиялық институтының (MIT) және Ұлттық стандарттар мен технологиялар институтының (NIST) биофизиктер мүмкіндігінше аз гені бар сау ағзаны табуға бел буған 3.0 жылы JCVI-syn2021 кодын қайта араластырды. JCVI-syn3A деп аталатын жаңа нұсқа. Бұл жаңа жасушаның небәрі 500 гені болса да, зерттеушілердің жұмысының арқасында ол кәдімгі жасуша сияқты әрекет етеді. 

    Ғалымдар жасушаны одан әрі жою үшін жұмыс істеп жатыр. 2021 жылы M. mycoides JCVI-syn3B деп аталатын жаңа синтетикалық организм 300 күн бойы дамып, оның әртүрлі жағдайларда мутацияға ұшырайтынын көрсетті. Биоинженерлер сонымен қатар жеңілдетілген ағза ғалымдарға өмірді ең қарапайым деңгейде зерттеуге және аурулардың қалай өршуін түсінуге көмектесетініне оптимистік көзқараста.

    2022 жылы Иллинойс университетінің Urbana-Champaign, JVCI және Германияда орналасқан Technische Universität Drezden ғалымдарының тобы JCVI-syn3A компьютерлік үлгісін жасады. Бұл модель оның нақты өмірдегі аналогының өсуі мен молекулалық құрылымын дәл болжай алады. 2022 жылғы жағдай бойынша бұл компьютер имитациялаған ең толық ұяшық үлгісі болды.

    Бұл модельдеу құнды ақпарат бере алады. Бұл деректер жасушалық циклдегі метаболизмді, өсуді және генетикалық ақпарат процестерін қамтиды. Талдау өмір принциптерін және жасушалардың энергияны қалай тұтынатынын, соның ішінде аминқышқылдарының, нуклеотидтердің және иондардың белсенді тасымалдануын түсінуге мүмкіндік береді. Ең аз жасушалық зерттеулер өсуде, ғалымдар дәрі-дәрмектерді әзірлеуге, ауруларды зерттеуге және генетикалық терапияны ашуға болатын жақсы синтетикалық биологиялық жүйелерді жасай алады.

    Жасанды минималды жасушалардың салдары

    Жасанды минималды жасушалардың дамуының кеңірек салдары мыналарды қамтуы мүмкін: 

    • Зерттеу үшін жойылған, бірақ жұмыс істейтін өмірлік жүйелерді құру үшін көбірек жаһандық ынтымақтастық.
    • Қан жасушалары мен белоктар сияқты биологиялық құрылымдарды картаға түсіру үшін машиналық оқыту мен компьютерлік модельдеуді қолданудың артуы.
    • Жетілдірілген синтетикалық биология және машина-ағза гибридтері, оның ішінде чиптегі дене және тірі роботтар. Дегенмен, бұл эксперименттер кейбір ғалымдардан этикалық шағымдарды алуы мүмкін.
    • Кейбір биотехнологиялық және биофармалық фирмалар дәрі-дәрмек пен терапияның дамуын жылдамдату үшін синтетикалық биология бастамаларына көп инвестиция салады.
    • Ғалымдар гендер және оларды қалай басқаруға болатыны туралы көбірек білетіндіктен, генетикалық редакциялаудағы инновациялар мен ашылулардың артуы.
    • Этикалық тәжірибелерді қамтамасыз ету, ғылыми адалдықты да, қоғамдық сенімді де қорғау үшін биотехнологиялық зерттеулерге қатысты күшейтілген ережелер.
    • Синтетикалық биология мен жасанды тіршілік формаларына бағытталған жаңа білім беру және оқыту бағдарламаларының пайда болуы, ғалымдардың келесі ұрпағын арнайы дағдылармен қаруландыру.
    • Арнайы емдеу және диагностика үшін жасанды жасушалар мен синтетикалық биологияны пайдалана отырып, денсаулық сақтау стратегияларын жекелендірілген медицинаға ауыстыру.

    Қарастырылатын сұрақтар

    • Егер сіз синтетикалық биология саласында жұмыс жасасаңыз, минималды жасушалардың басқа артықшылықтары қандай?
    • Синтетикалық биологияны дамыту үшін ұйымдар мен мекемелер қалай бірлесіп жұмыс істей алады?

    Инсайт сілтемелері

    Бұл түсінік үшін келесі танымал және институционалдық сілтемелерге сілтеме жасалды: