Sintesis gen yang lebih pantas: DNA sintetik mungkin menjadi kunci kepada penjagaan kesihatan yang lebih baik

• Pengarang
• Nama pengarang

  Quantumrun Foresight
• Januari 16, 2023

Ringkasan cerapan

Sintesis kimia DNA dan pemasangannya ke dalam gen, litar, dan juga keseluruhan genom telah merevolusikan biologi molekul. Teknik-teknik ini telah memungkinkan untuk mereka bentuk, membina, menguji, belajar daripada kesilapan, dan mengulangi kitaran sehingga hasil yang diinginkan dicapai. Pendekatan ini adalah di tengah-tengah inovasi biologi sintetik. 

Konteks sintesis gen yang lebih pantas

Sintesis menukar kod genetik digital kepada DNA molekul supaya penyelidik boleh mencipta dan menghasilkan bahan genetik dalam kuantiti yang banyak. Data DNA yang tersedia telah berkembang berkat teknologi penjujukan generasi akan datang (NGS). Perkembangan ini telah membawa kepada peningkatan dalam pangkalan data biologi yang mengandungi jujukan DNA daripada setiap organisma dan persekitaran. Penyelidik kini boleh mengekstrak, menganalisis dan mengubah suai jujukan ini dengan lebih mudah kerana kecekapan yang lebih tinggi dalam perisian bioinformatik.

Lebih banyak maklumat biologi yang diperoleh saintis daripada "pokok kehidupan" (rangkaian genom), lebih baik mereka memahami bagaimana makhluk hidup berkaitan secara genetik. Penjujukan generasi akan datang telah membantu kami untuk lebih memahami penyakit, mikrobiom dan kepelbagaian genetik organisma. Ledakan jujukan ini juga membolehkan disiplin saintifik baharu, seperti kejuruteraan metabolik dan biologi sintetik, berkembang. Akses kepada maklumat ini bukan sahaja menambah baik diagnostik dan terapeutik semasa tetapi juga membuka jalan kepada penemuan perubatan baharu yang akan memberi kesan yang berkekalan kepada kesihatan manusia. 

Selain itu, biologi sintetik berpotensi memberi kesan kepada banyak bidang, seperti mencipta ubat, bahan dan proses pembuatan baharu. Khususnya, sintesis gen ialah salah satu teknologi yang menjanjikan yang membantu membina dan mengubah urutan genetik dengan cepat, yang membawa kepada penemuan fungsi biologi baharu. Sebagai contoh, ahli biologi sering memindahkan gen merentasi organisma untuk menguji hipotesis genetik atau memberi sampel organisma ciri atau keupayaan unik.

Kesan yang mengganggu

Urutan DNA pendek yang disintesis secara kimia adalah penting kerana ia serba boleh. Ia boleh digunakan dalam makmal penyelidikan, hospital, dan industri. Sebagai contoh, mereka digunakan untuk mengenal pasti virus COVID-19. Fosforamidit adalah bahan binaan yang diperlukan dalam penghasilan jujukan DNA, tetapi ia tidak stabil dan cepat pecah.

Pada tahun 2021, saintis Alexander Sandahl membangunkan cara baharu yang dipatenkan untuk menghasilkan blok binaan ini dengan cepat dan cekap untuk penghasilan DNA, dengan ketara mempercepatkan proses sebelum komponen ini hancur. Urutan DNA dipanggil oligonukleotida, digunakan secara meluas untuk mengenal pasti penyakit, pembuatan ubat, dan aplikasi perubatan dan bioteknologi lain. 

Salah satu firma bioteknologi terkemuka yang mengkhusus dalam pembuatan DNA sintetik ialah Twist Bioscience yang berpangkalan di AS. Syarikat itu menghubungkan oligonukleotida bersama-sama untuk mencipta gen. Harga untuk oligos semakin menurun, begitu juga dengan masa yang diperlukan untuk membuatnya. Sehingga 2022, kos untuk membangunkan pasangan asas DNA hanya sembilan sen. 

DNA sintetik Twist boleh dipesan dalam talian dan dihantar ke makmal dalam beberapa hari, selepas itu ia digunakan untuk mencipta molekul sasaran, yang merupakan bahan binaan untuk bahan makanan baharu, baja, produk industri dan ubat. Ginkgo Bioworks, firma kejuruteraan sel bernilai USD $25 bilion, merupakan salah satu pelanggan utama Twist. Sementara itu, pada 2022, Twist melancarkan dua kawalan DNA sintetik untuk virus cacar monyet manusia untuk membantu penyelidik membangunkan vaksin dan rawatan. 

Implikasi sintesis gen yang lebih cepat

Implikasi yang lebih luas daripada sintesis gen yang lebih cepat mungkin termasuk: 

• Pengecaman pantas virus yang menyebabkan wabak dan wabak, membawa kepada pembangunan vaksin yang lebih tepat pada masanya.
• Lebih banyak bioteknologi dan pemula yang memfokuskan pada teknologi sintesis gen dengan kerjasama firma biopharma.
• Kerajaan berlumba-lumba untuk melabur dalam makmal DNA sintetik masing-masing untuk membangunkan ubat-ubatan dan bahan industri.
• Kos DNA sintetik menjadi lebih rendah, membawa kepada pendemokrasian penyelidikan genetik. Trend ini juga boleh membawa kepada lebih ramai penggodam bio yang ingin mencuba sendiri.
• Peningkatan penyelidikan genetik menghasilkan perkembangan yang lebih pantas dalam penyuntingan gen dan teknologi terapi, seperti CRISPR/Cas9.

Soalan yang perlu dipertimbangkan

• Apakah faedah lain DNA sintetik yang menghasilkan besar-besaran?
• Bagaimanakah kerajaan harus mengawal selia sektor ini supaya ia kekal beretika?