Quantumrun

KREDYT WZROKU:

iStock

Cząsteczki na żądanie: katalog łatwo dostępnych cząsteczek

Firmy zajmujące się naukami przyrodniczymi wykorzystują postęp biologii syntetycznej i inżynierii genetycznej do tworzenia dowolnych cząsteczek w razie potrzeby.

Autor:
nazwisko autora
Foresight Quantumrun
22 grudnia 2022 r.

Podsumowanie spostrzeżeń

Biologia syntetyczna to wschodząca nauka przyrodnicza, która stosuje zasady inżynierii do biologii w celu tworzenia nowych części i systemów. W odkrywaniu leków biologia syntetyczna może zrewolucjonizować leczenie poprzez tworzenie cząsteczek na żądanie. Długoterminowe implikacje tych cząsteczek mogą obejmować wykorzystanie sztucznej inteligencji do przyspieszenia procesu tworzenia oraz znaczne inwestycje firm biofarmaceutycznych w ten wschodzący rynek.

Kontekst molekuł na żądanie

Inżynieria metaboliczna umożliwia naukowcom wykorzystanie zmodyfikowanych komórek do tworzenia nowych i zrównoważonych cząsteczek, takich jak odnawialne biopaliwa lub leki zapobiegające rakowi. Dzięki wielu możliwościom, jakie oferuje inżynieria metaboliczna, została uznana przez Światowe Forum Ekonomiczne za jedną z „dziesięciu najlepszych wschodzących technologii” w 2016 r. Ponadto oczekuje się, że biologia uprzemysłowiona pomoże w opracowywaniu odnawialnych bioproduktów i materiałów, ulepszaniu upraw i umożliwianiu nowych zastosowania biomedyczne.

Podstawowym celem biologii syntetycznej lub stworzonej w laboratorium jest wykorzystanie zasad inżynierii do ulepszenia inżynierii genetycznej i metabolicznej. Biologia syntetyczna obejmuje również zadania niemetaboliczne, takie jak modyfikacje genetyczne, które eliminują komary przenoszące malarię lub modyfikowane mikrobiomy, które mogłyby potencjalnie zastąpić nawozy chemiczne. Dyscyplina ta szybko się rozwija, wspierana przez postępy w wysokowydajnym fenotypowaniu (procesie oceny składu genetycznego lub cech), przyspieszaniu możliwości sekwencjonowania i syntezy DNA oraz edycji genetycznej z obsługą CRISPR.

Wraz z postępem tych technologii rosną możliwości naukowców w zakresie tworzenia cząsteczek i drobnoustrojów na żądanie do wszelkiego rodzaju badań. W szczególności uczenie maszynowe (ML) jest skutecznym narzędziem, które może przyspieszyć tworzenie syntetycznych cząsteczek poprzez przewidywanie zachowania systemu biologicznego. Rozumiejąc wzorce w danych eksperymentalnych, ML może dostarczać prognozy bez potrzeby intensywnego rozumienia, jak to działa.

Zakłócający wpływ

Cząsteczki na żądanie wykazują największy potencjał w odkrywaniu leków. Cel leku to cząsteczka białkowa, która odgrywa rolę w wywoływaniu objawów choroby. Leki działają na te cząsteczki, zmieniając lub zatrzymując funkcje, które prowadzą do objawów chorobowych. Aby znaleźć potencjalne leki, naukowcy często stosują metodę odwrotną, która polega na badaniu znanej reakcji w celu określenia, które cząsteczki biorą udział w tej funkcji. Technika ta nazywana jest dekonwolucją celu. Wymaga to kompleksowych badań chemicznych i mikrobiologicznych, aby określić, która cząsteczka spełnia pożądaną funkcję.

Biologia syntetyczna w odkrywaniu leków umożliwia naukowcom projektowanie nowych narzędzi do badania mechanizmów chorobowych na poziomie molekularnym. Jednym ze sposobów na to jest projektowanie obwodów syntetycznych, które są żywymi systemami, które mogą zapewnić wgląd w procesy zachodzące na poziomie komórkowym. Te podejścia biologii syntetycznej do odkrywania leków, znane jako eksploracja genomu, zrewolucjonizowały medycynę.

Przykładem firmy dostarczającej molekuły na żądanie jest francuska GreenPharma. Według strony internetowej firmy, Greenpharma tworzy chemikalia dla przemysłu farmaceutycznego, kosmetycznego, rolniczego i chemicznego w przystępnej cenie. Wytwarzają niestandardowe cząsteczki syntezy na poziomie gramów do miligramów. Firma zapewnia każdemu klientowi wyznaczonego kierownika projektu (doktorat) i regularne raporty. Inną firmą zajmującą się naukami przyrodniczymi, która oferuje tę usługę, jest kanadyjska firma OTAVAChemicals, która dysponuje kolekcją 12 miliardów dostępnych na żądanie cząsteczek opartych na trzydziestu tysiącach bloków budulcowych i 44 reakcjach wewnętrznych.

Implikacje molekuł na żądanie

Szersze implikacje cząsteczek na żądanie mogą obejmować:

Firma zajmująca się naukami przyrodniczymi inwestująca w sztuczną inteligencję i uczenie maszynowe w celu odkrywania nowych molekuł i składników chemicznych, które można dodawać do swoich baz danych.
Więcej firm mających łatwiejszy dostęp do molekuł potrzebowało dalszych badań i rozwoju produktów i narzędzi.
Niektórzy naukowcy domagają się regulacji lub standardów, aby firmy nie wykorzystywały niektórych molekuł do nielegalnych badań i rozwoju.
Firmy biofarmaceutyczne dużo inwestują w swoje laboratoria badawcze, aby umożliwić inżynierię na żądanie i inżynierię mikroorganizmów jako usługę dla innych firm biotechnologicznych i organizacji badawczych.
Biologia syntetyczna pozwalająca na rozwój żywych robotów i nanocząstek, które mogą przeprowadzać operacje i dostarczać terapie genetyczne.
Większa zależność od wirtualnych rynków dostaw chemikaliów, umożliwiająca przedsiębiorstwom szybkie pozyskiwanie i otrzymywanie określonych cząsteczek, zwiększając ich efektywność operacyjną i skracając czas wprowadzania nowych produktów na rynek.
Rządy wprowadzające polityki mające na celu zarządzanie implikacjami etycznymi i kwestiami bezpieczeństwa biologii syntetycznej, szczególnie w kontekście opracowywania żywych robotów i nanocząstek do zastosowań medycznych.
Instytucje edukacyjne weryfikujące programy nauczania w celu uwzględnienia bardziej zaawansowanych zagadnień z biologii syntetycznej i nauk molekularnych, przygotowując kolejne pokolenie naukowców na pojawiające się wyzwania i możliwości w tych dziedzinach.