Вештачки минимални клетки: Создавање доволно живот за медицински истражувања

КРЕДИТ НА СЛИКА:
Слика кредит
iStock

Вештачки минимални клетки: Создавање доволно живот за медицински истражувања

Вештачки минимални клетки: Создавање доволно живот за медицински истражувања

Текст за поднаслов
Научниците ги спојуваат компјутерското моделирање, генетското уредување и синтетичката биологија за да создадат совршени примероци за медицински студии.
    • автор:
    • име на авторот
      Quantumrun Foresight
    • Декември 23, 2022

    Резиме на увид

    Истражувајќи ги суштинските работи на животот, научниците ги намалуваат геномите за да создадат минимални клетки, откривајќи ги основните функции неопходни за живот. Овие напори доведоа до неочекувани откритија и предизвици, како што се неправилните форми на клетките, што поттикнува дополнително префинетост и разбирање на генетските суштински работи. Ова истражување го отвора патот за напредок во синтетичката биологија, со потенцијални апликации во развојот на лекови, проучување на болести и персонализирана медицина.

    Контекст на вештачки минимални ќелии

    Вештачките минимални клетки или минимизирањето на геномот е практичен синтетички биолошки пристап за разбирање како интеракциите помеѓу суштинските гени доведуваат до витални физиолошки процеси. Минимизирањето на геномот користеше метод на дизајн-изградба-тест-учење што се потпираше на евалуација и комбинација на модуларните геномски сегменти и информации од транспозонската мутагенеза (процесот на пренесување гени од еден домаќин на друг) за да помогне во насочувањето на бришењата на гените. Овој метод ја намали пристрасноста при пронаоѓањето на основните гени и им даде на научниците алатки за промена, обнова и проучување на геномот и она што го прави.

    Во 2010 година, научниците од американскиот институт J. Craig Venter (JVCI) објавија дека успешно ја елиминирале ДНК на бактеријата Mycoplasma capricolum и ја замениле со компјутерски генерирана ДНК базирана на друга бактерија, Mycoplasma mycoides. Тимот го нарече својот нов организам JCVI-syn1.0, или накратко „Синтетички“. Овој организам беше првиот самореплициран вид на Земјата кој се состоеше од родители на компјутер. Создаден е за да им помогне на научниците да разберат како функционира животот, почнувајќи од клетките нагоре. 

    Во 2016 година, тимот го создаде JCVI-syn3.0, едноклеточен организам со помалку гени од која било друга позната форма на едноставен живот (само 473 гени во споредба со 1.0 гени на JVCI-syn901). Сепак, организмот дејствувал на непредвидлив начин. Наместо да произведува здрави клетки, тој создаде чудно обликувани за време на саморепликацијата. Научниците сфатија дека отстраниле премногу гени од првобитната клетка, вклучувајќи ги и оние кои се одговорни за нормална клеточна делба. 

    Нарушувачко влијание

    Решени да пронајдат здрав организам со што е можно помалку гени, биофизичарите од Технолошкиот институт во Масачусетс (МИТ) и Националниот институт за стандарди и технологија (НИСТ) го ремиксираа кодот JCVI-syn3.0 во 2021 година. Тие успеаја да создадат нова варијанта наречена JCVI-syn3A. Иако оваа нова клетка има само 500 гени, таа се однесува повеќе како обична клетка благодарение на работата на истражувачите. 

    Научниците работат на соголување на клетката уште повеќе. Во 2021 година, нов синтетички организам познат како M. mycoides JCVI-syn3B еволуирал 300 дена, покажувајќи дека може да мутира под различни околности. Биоинженерите исто така се оптимисти дека порационализиран организам може да им помогне на научниците да го проучуваат животот на неговото најосновно ниво и да разберат како болестите напредуваат.

    Во 2022 година, тим од научници од Универзитетот во Илиноис во Урбана-Шампејн, JVCI и германскиот Technische Universität Dresden создадоа компјутерски модел на JCVI-syn3A. Овој модел може точно да го предвиди растот и молекуларната структура на неговиот реален аналог. Од 2022 година, тоа беше најкомплетниот модел на цели ќелии што компјутерот го симулирал.

    Овие симулации можат да дадат вредни информации. Овие податоци вклучуваат метаболизам, раст и процеси на генетски информации во текот на клеточниот циклус. Анализата нуди увид во принципите на животот и како клетките трошат енергија, вклучувајќи го активниот транспорт на амино киселини, нуклеотиди и јони. Како што продолжува да расте минималното истражување на клетките, научниците можат да создадат подобри системи за синтетичка биологија кои можат да се користат за развој на лекови, проучување болести и откривање генетски терапии.

    Импликации на вештачки минимални клетки

    Пошироките импликации на развојот на вештачки минимални клетки може да вклучуваат: 

    • Повеќе глобални соработки за создавање на соголени, но функционални животни системи за истражување.
    • Зголемено користење на машинско учење и компјутерско моделирање за мапирање на биолошките структури, како што се крвни зрнца и протеини.
    • Напредна синтетичка биологија и хибриди на машина-организми, вклучувајќи тело на чип и живи роботи. Сепак, овие експерименти може да добијат етички поплаки од некои научници.
    • Некои биотехнолошки и биофарма фирми инвестираат во иницијативи за синтетичка биологија за да се забрза развојот на лекови и терапија.
    • Зголемени иновации и откритија во генетското уредување бидејќи научниците дознаваат повеќе за гените и како може да се манипулираат со нив.
    • Засилени регулативи за биотехнолошко истражување за да се обезбедат етички практики, заштитувајќи го и научниот интегритет и довербата на јавноста.
    • Појавата на нови образовни и тренинг програми фокусирани на синтетичка биологија и вештачки форми на живот, опремувајќи ја следната генерација на научници со специјализирани вештини.
    • Преместување во стратегиите за здравствена заштита кон персонализирана медицина, користејќи вештачки клетки и синтетичка биологија за прилагодени третмани и дијагностика.

    Прашања што треба да се разгледаат

    • Ако работите во полето на синтетичката биологија, кои се другите придобивки од минималните клетки?
    • Како можат организациите и институциите да соработуваат за да ја унапредат синтетичката биологија?