Жасалма минималдуу клеткалар: медициналык изилдөө үчүн жетиштүү жашоо түзүү

• Author:
• Жазуучу аты

  Quantumrun Foresight
• December 23, 2022

Кыскача түшүнүк

Жашоо үчүн зарыл болгон нерселерди изилдеп, илимпоздор жашоо үчүн зарыл болгон негизги функцияларды ачып, минималдуу клеткаларды түзүү үчүн геномдорду кыскартып жатышат. Бул аракеттер күтүлбөгөн ачылыштарга жана кыйынчылыктарга алып келди, мисалы, туура эмес клетка формалары, генетикалык маанилүү нерселерди андан ары тактоого жана түшүнүүгө түрткү болду. Бул изилдөө синтетикалык биологиядагы жетишкендиктерге жол ачат, дарыларды иштеп чыгууда, ооруларды изилдөөдө жана жекелештирилген медицинада потенциалдуу колдонмолор менен.

Жасалма минималдуу клеткалардын контексти

Жасалма минималдуу клеткалар же геномду минимизациялоо - бул маанилүү гендердин ортосундагы өз ара аракеттешүүлөр кандайча маанилүү физиологиялык процесстерди пайда кылаарын түшүнүү үчүн практикалык синтетикалык биология ыкмасы. Геномду минимизациялоодо модулдук геномдук сегменттерди баалоого жана айкалыштырууга жана транспозондук мутагенезден алынган маалыматка (гендерди бир хосттон экинчисине өткөрүү процесси) таянган долбоорлоо-куруу-сыноо-үйрөнүү ыкмасы колдонулган. Бул ыкма маанилүү гендерди табууда бир тараптуулукту азайтып, илимпоздорго геномду жана анын эмне кылып жатканын өзгөртүү, кайра куруу жана изилдөө куралдарын берди.

2010-жылы АКШда жайгашкан Дж.Крейг Вентер институтунун (JVCI) окумуштуулары Mycoplasma capricolum бактериясынын ДНКсын ийгиликтүү жок кылышканын жана аны башка бактериянын, Mycoplasma mycoides негизинде компьютер тарабынан түзүлгөн ДНКга алмаштырышканын жарыялашкан. Команда жаңы организмине JCVI-syn1.0 же кыскача "Синтетикалык" деп атады. Бул организм компьютердик ата-энелерден турган жер бетиндеги биринчи өзүн-өзү көбөйтүүчү түр болгон. Ал илимпоздорго клеткалардан баштап жашоонун кантип иштегенин түшүнүүгө жардам берүү үчүн түзүлгөн. 

2016-жылы команда JCVI-syn3.0 түздү, жөнөкөй жашоонун башка белгилүү формаларына караганда азыраак гендери бар бир клеткалуу организм (JVCI-syn473 1.0 генине салыштырмалуу болгону 901 ген). Бирок, организм күтүүсүз жолдор менен иш-аракет кылган. Дени сак клеткаларды чыгаруунун ордуна, өзүн-өзү көбөйтүү учурунда кызыктай формадагы клеткаларды жаратты. Окумуштуулар баштапкы клеткадан өтө көп гендерди, анын ичинде клетканын нормалдуу бөлүнүшүнө жооптуу гендерди алып салышканын түшүнүштү. 

Бузуучу таасир

Массачусетс технологиялык институтунун (MIT) жана Улуттук стандарттар жана технологиялар институтунун (NIST) биофизиктери мүмкүн болушунча аз генге ээ дени сак организмди табууга чечкиндүү болгон 3.0-жылы JCVI-syn2021 кодун ремикстешти. JCVI-syn3A деп аталган жаңы вариант. Бул жаңы клетканын болгону 500 гени болсо да, изилдөөчүлөрдүн эмгеги менен кадимки бир клетка сыяктуу кыймылдайт. 

Окумуштуулар клетканы ого бетер тереңдетүү үчүн иштеп жатышат. 2021-жылы M. mycoides JCVI-syn3B деп аталган жаңы синтетикалык организм 300 күн бою эволюцияланып, анын ар кандай шарттарда мутацияланышы мүмкүн экенин көрсөткөн. Биоинженерлер дагы оптимисттик көз карашта, бир кыйла жөнөкөйлөштүрүлгөн организм илимпоздорго жашоону эң негизги деңгээлде изилдөөгө жана оорулардын кантип өрчүшүн түшүнүүгө жардам берет.

2022-жылы Иллинойс университетинин Урбана-Шампейндеги, JVCI жана Германиядагы Technische Universität Дрездендеги окумуштуулар тобу JCVI-syn3A компьютердик моделин түзүшкөн. Бул модель анын чыныгы жашоодогу аналогунун өсүшүн жана молекулярдык түзүлүшүн так алдын ала айта алган. 2022-жылга карата бул компьютер имитациялаган эң толук клетка модели болгон.

Бул симуляциялар баалуу маалыматтарды бере алат. Бул маалыматтар зат алмашууну, өсүүнү жана клетка циклиндеги генетикалык маалымат процесстерин камтыйт. Анализ жашоонун принциптерин жана клеткалардын энергияны, анын ичинде аминокислоталардын, нуклеотиддердин жана иондордун активдүү транспортун кантип сарптаарын түшүнүүнү сунуш кылат. Минималдуу клетка изилдөөлөрү өсүүдө, илимпоздор дарыларды иштеп чыгуу, ооруларды изилдөө жана генетикалык терапияны ачуу үчүн колдонула турган жакшыраак синтетикалык биология системаларын түзө алышат.

Жасалма минималдуу клеткалардын кесепеттери

Жасалма минималдуу клеткалардын өнүгүшүнүн кеңири кесепеттери төмөнкүлөрдү камтышы мүмкүн: 

• Изилдөө үчүн ажыратылган, бирок иштеп жаткан жашоо системаларын түзүү үчүн көбүрөөк глобалдык кызматташуу.
• Кан клеткалары жана белоктор сыяктуу биологиялык структураларды картага түшүрүү үчүн машинаны үйрөнүү жана компьютердик моделдештирүү көбөйдү.
• Өркүндөтүлгөн синтетикалык биология жана машина-организм гибриддери, анын ичинде чиптеги дене жана тирүү роботтор. Бирок, бул эксперименттер кээ бир илимпоздор этикалык даттанууларды кабыл алышы мүмкүн.
• Кээ бир биотехнологиялык жана биофарма фирмалары дары-дармек жана терапиянын өнүгүшүн тездетүү үчүн синтетикалык биология демилгелерине көп каражат жумшашат.
• Окумуштуулар гендер жана аларды кантип манипуляциялоо мүмкүн экендиги жөнүндө көбүрөөк билгендиктен, генетикалык редакциядагы инновациялар жана ачылыштар көбөйдү.
• Этикалык практиканы камсыз кылуу, илимий бүтүндүктү жана коомдук ишенимди коргоо үчүн биотехнологиялык изилдөөлөр боюнча күчөтүлгөн жоболор.
• Синтетикалык биологияга жана жашоонун жасалма формаларына багытталган жаңы билим берүү жана окутуу программаларынын пайда болушу, окумуштуулардын кийинки муунун атайын көндүмдөр менен жабдуу.
• Жекече дарылоо жана диагностика үчүн жасалма клеткаларды жана синтетикалык биологияны колдонуу менен саламаттыкты сактоо стратегияларында жекелештирилген медицинага өтүү.

Карала турган суроолор

• Эгер сиз синтетикалык биология тармагында иштесеңиз, минималдуу клеткалардын дагы кандай пайдасы бар?
• Кантип уюмдар жана мекемелер синтетикалык биологияны өнүктүрүү үчүн биргелешип иштей алышат?