Sel minimum buatan: Mencipta kehidupan yang cukup untuk penyelidikan perubatan

KREDIT GAMBAR:
Kredit Image
iStock

Sel minimum buatan: Mencipta kehidupan yang cukup untuk penyelidikan perubatan

Sel minimum buatan: Mencipta kehidupan yang cukup untuk penyelidikan perubatan

Teks subtajuk
Para saintis menggabungkan pemodelan komputer, penyuntingan genetik, dan biologi sintetik untuk mencipta spesimen yang sempurna untuk kajian perubatan.
    • Pengarang
    • Nama pengarang
      Quantumrun Foresight
    • Disember 23, 2022

    Ringkasan cerapan

    Meneroka perkara penting kehidupan, saintis telah mengurangkan genom untuk mencipta sel minimum, mendedahkan fungsi teras yang diperlukan untuk kehidupan. Usaha ini telah membawa kepada penemuan dan cabaran yang tidak dijangka, seperti bentuk sel yang tidak teratur, mendorong penghalusan dan pemahaman lebih lanjut tentang keperluan genetik. Penyelidikan ini membuka jalan untuk kemajuan dalam biologi sintetik, dengan aplikasi yang berpotensi dalam pembangunan ubat, kajian penyakit dan perubatan peribadi.

    Konteks sel minimum buatan

    Sel minimum buatan atau pengecilan genom ialah pendekatan biologi sintetik yang praktikal untuk memahami bagaimana interaksi antara gen penting menimbulkan proses fisiologi yang penting. Pengurangan genom menggunakan kaedah reka bentuk-bina-ujian-belajar yang bergantung pada penilaian dan gabungan segmen genomik modular dan maklumat daripada mutagenesis transposon (proses pemindahan gen daripada satu hos ke hos yang lain) untuk membantu membimbing pemadaman gen. Kaedah ini mengurangkan berat sebelah apabila mencari gen penting dan memberi para saintis alat untuk mengubah, membina semula dan mengkaji genom serta perkara yang dilakukannya.

    Pada tahun 2010, saintis di Institut J. Craig Venter (JVCI) yang berpangkalan di AS mengumumkan bahawa mereka telah berjaya menghapuskan DNA bakteria Mycoplasma capricolum dan menggantikannya dengan DNA yang dijana komputer berdasarkan bakteria lain, Mycoplasma mycoides. Pasukan itu menamakan organisma baharu mereka JCVI-syn1.0, atau singkatannya 'Sintetik'. Organisma ini ialah spesies mereplikasi diri pertama di Bumi yang terdiri daripada ibu bapa komputer. Ia dicipta untuk membantu saintis memahami cara kehidupan berfungsi, bermula dari sel ke atas. 

    Pada tahun 2016, pasukan itu mencipta JCVI-syn3.0, organisma bersel tunggal dengan gen yang lebih sedikit daripada mana-mana bentuk kehidupan mudah lain yang diketahui (hanya 473 gen berbanding dengan 1.0 gen JVCI-syn901). Walau bagaimanapun, organisma bertindak dengan cara yang tidak dapat diramalkan. Daripada menghasilkan sel yang sihat, ia mencipta yang berbentuk aneh semasa replikasi diri. Para saintis menyedari bahawa mereka telah mengeluarkan terlalu banyak gen daripada sel asal, termasuk yang bertanggungjawab untuk pembahagian sel normal. 

    Kesan yang mengganggu

    Bertekad untuk mencari organisma yang sihat dengan gen yang paling sedikit mungkin, ahli biofizik dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) dan Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan (NIST) mencampurkan semula kod JCVI-syn3.0 pada tahun 2021. Mereka dapat mencipta varian baharu yang dipanggil JCVI-syn3A. Walaupun sel baru ini hanya mempunyai 500 gen, ia berkelakuan lebih seperti sel biasa terima kasih kepada kerja penyelidik. 

    Para saintis sedang berusaha untuk menanggalkan sel itu dengan lebih jauh lagi. Pada tahun 2021, organisma sintetik baharu yang dikenali sebagai M. mycoides JCVI-syn3B telah berkembang selama 300 hari, menunjukkan bahawa ia boleh bermutasi dalam keadaan berbeza. Jurutera bio juga optimis bahawa organisma yang lebih diperkemas dapat membantu saintis mengkaji kehidupan pada tahap paling asas dan memahami bagaimana penyakit berkembang.

    Pada tahun 2022, satu pasukan saintis dari University of Illinois di Urbana-Champaign, JVCI, dan Technische Universität Dresden yang berpangkalan di Jerman mencipta model komputer JCVI-syn3A. Model ini boleh meramalkan dengan tepat pertumbuhan analog kehidupan sebenar dan struktur molekulnya. Sehingga 2022, ia merupakan model sel keseluruhan paling lengkap yang telah disimulasikan oleh komputer.

    Simulasi ini boleh memberikan maklumat yang berharga. Data ini termasuk metabolisme, pertumbuhan dan proses maklumat genetik sepanjang kitaran sel. Analisis ini menawarkan pandangan tentang prinsip kehidupan dan cara sel menggunakan tenaga, termasuk pengangkutan aktif asid amino, nukleotida dan ion. Apabila penyelidikan sel minimum terus berkembang, saintis boleh mencipta sistem biologi sintetik yang lebih baik yang boleh digunakan untuk membangunkan ubat, mengkaji penyakit dan menemui terapi genetik.

    Implikasi sel minima buatan

    Implikasi yang lebih luas daripada pembangunan sel minimum buatan mungkin termasuk: 

    • Lebih banyak kerjasama global untuk mencipta sistem kehidupan yang dilucutkan tetapi berfungsi untuk penyelidikan.
    • Meningkatkan pembelajaran mesin dan penggunaan pemodelan komputer untuk memetakan struktur biologi, seperti sel darah dan protein.
    • Biologi sintetik lanjutan dan kacukan mesin-organisma, termasuk badan-pada-cip dan robot hidup. Walau bagaimanapun, eksperimen ini mungkin menerima aduan etika daripada sesetengah saintis.
    • Beberapa firma bioteknologi dan biopharma banyak melabur dalam inisiatif biologi sintetik untuk mempercepatkan perkembangan ubat dan terapi.
    • Peningkatan inovasi dan penemuan dalam penyuntingan genetik apabila saintis mempelajari lebih lanjut tentang gen dan cara ia boleh dimanipulasi.
    • Peraturan yang dipertingkatkan mengenai penyelidikan bioteknologi untuk memastikan amalan beretika, menjaga integriti saintifik dan kepercayaan awam.
    • Kemunculan program pendidikan dan latihan baharu tertumpu pada biologi sintetik dan bentuk kehidupan buatan, melengkapkan generasi saintis akan datang dengan kemahiran khusus.
    • Beralih dalam strategi penjagaan kesihatan ke arah perubatan yang diperibadikan, menggunakan sel tiruan dan biologi sintetik untuk rawatan dan diagnostik yang dibuat khusus.

    Soalan yang perlu dipertimbangkan

    • Jika anda bekerja dalam bidang biologi sintetik, apakah faedah lain sel minimum?
    • Bagaimanakah organisasi dan institusi boleh bekerjasama untuk memajukan biologi sintetik?

    Rujukan wawasan

    Pautan popular dan institusi berikut telah dirujuk untuk cerapan ini: