Kwantumrun

BEELDKREDIET:

iStock

Snellere gensynthese: synthetisch DNA kan de sleutel zijn tot betere gezondheidszorg

Wetenschappers versnellen de productie van kunstmatige genen om snel medicijnen te ontwikkelen en wereldwijde gezondheidscrises aan te pakken.

Auteur:
auteursnaam
Quantumrun-prognose
16 januari 2023

Samenvatting inzicht

De chemische synthese van DNA en de assemblage ervan tot genen, circuits en zelfs volledige genomen hebben een revolutie teweeggebracht in de moleculaire biologie. Deze technieken hebben het mogelijk gemaakt om te ontwerpen, te bouwen, te testen, te leren van fouten en de cyclus te herhalen totdat het gewenste resultaat is bereikt. Deze benadering vormt de kern van de innovatie op het gebied van synthetische biologie.

Snellere context van gensynthese

Synthese zet digitale genetische code om in moleculair DNA, zodat onderzoekers grote hoeveelheden genetisch materiaal kunnen creëren en produceren. De beschikbare DNA-gegevens zijn uitgebreid dankzij next-generation sequencing (NGS) technologieën. Deze ontwikkeling heeft geleid tot een toename van biologische databases met DNA-sequenties van elk organisme en elke omgeving. Onderzoekers kunnen deze sequenties nu gemakkelijker extraheren, analyseren en wijzigen dankzij de grotere efficiëntie in bio-informaticasoftware.

Hoe meer biologische informatie wetenschappers hebben van de "boom des levens" (het netwerk van genomen), hoe beter ze begrijpen hoe levende wezens genetisch verwant zijn. Sequencing van de volgende generatie heeft ons geholpen ziekten, het microbioom en de genetische diversiteit van organismen beter te begrijpen. Deze sequentieboom zorgt er ook voor dat nieuwe wetenschappelijke disciplines, zoals metabole engineering en synthetische biologie, kunnen groeien. Toegang tot deze informatie verbetert niet alleen de huidige diagnostiek en therapieën, maar maakt ook de weg vrij voor nieuwe medische doorbraken die een blijvende impact zullen hebben op de menselijke gezondheid.

Bovendien heeft synthetische biologie het potentieel om veel gebieden te beïnvloeden, zoals het creëren van nieuwe medicijnen, materialen en productieprocessen. Met name gensynthese is een van de veelbelovende technologieën die helpen bij het zeer snel bouwen en veranderen van genetische sequenties, wat leidt tot ontdekkingen van nieuwe biologische functies. Biologen dragen bijvoorbeeld vaak genen over tussen organismen om genetische hypothesen te testen of om organismen unieke eigenschappen of mogelijkheden te geven.

Disruptieve impact

Chemisch gesynthetiseerde korte DNA-sequenties zijn essentieel omdat ze veelzijdig zijn. Ze kunnen worden gebruikt in onderzoekslaboratoria, ziekenhuizen en de industrie. Ze werden bijvoorbeeld gebruikt om het COVID-19-virus te identificeren. Fosforamidieten zijn noodzakelijke bouwstenen bij de productie van DNA-sequenties, maar ze zijn onstabiel en breken snel.

In 2021 ontwikkelde wetenschapper Alexander Sandahl een nieuwe gepatenteerde manier om deze bouwstenen voor DNA-productie snel en efficiënt te vervaardigen, waardoor het proces voordat deze componenten uiteenvallen aanzienlijk wordt versneld. De DNA-sequenties worden oligonucleotiden genoemd, die veel worden gebruikt voor het identificeren van ziekten, het vervaardigen van medicijnen en andere medische en biotechnologische toepassingen.

Een van de toonaangevende biotechbedrijven die gespecialiseerd is in de productie van synthetisch DNA is het in de VS gevestigde Twist Bioscience. Het bedrijf koppelt oligonucleotiden aan elkaar om genen te creëren. De prijs voor oligo's daalt, evenals de tijd die nodig is om ze te maken. Vanaf 2022 bedragen de kosten voor het ontwikkelen van DNA-basenparen slechts negen cent.

Het synthetische DNA van Twist kan online worden besteld en binnen enkele dagen naar een laboratorium worden gestuurd, waarna het wordt gebruikt om doelmoleculen te maken, die de bouwstenen zijn voor nieuwe voedingsmiddelen, meststoffen, industriële producten en medicijnen. Ginkgo Bioworks, een bedrijf voor celtechniek met een waarde van 25 miljard dollar, is een van de grootste klanten van Twist. Ondertussen lanceerde Twist in 2022 twee synthetische DNA-controles voor het menselijke apenpokkenvirus om onderzoekers te helpen vaccins en behandelingen te ontwikkelen.

Implicaties van snellere gensynthese

Bredere implicaties van snellere gensynthese kunnen zijn:

De versnelde identificatie van virussen die pandemieën en epidemieën veroorzaken, wat leidt tot een snellere ontwikkeling van vaccins.
Meer biotechbedrijven en startups die zich richten op technologieën voor gensynthese in samenwerking met biofarmaceutische bedrijven.
Overheden racen om te investeren in hun respectievelijke synthetische DNA-laboratoria om medicijnen en industriële materialen te ontwikkelen.
De kosten van synthetisch DNA worden lager, wat leidt tot democratisering van genetisch onderzoek. Deze trend kan ook leiden tot meer biohackers die op zichzelf willen experimenteren.
Meer genetisch onderzoek resulteert in snellere ontwikkelingen in genbewerkings- en therapietechnologieën, zoals CRISPR/Cas9.