Szybsza synteza genów: Syntetyczny DNA może być kluczem do lepszej opieki zdrowotnej

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• 16 stycznia 2023 r.

Podsumowanie spostrzeżeń

Chemiczna synteza DNA i jego składanie w geny, obwody, a nawet całe genomy zrewolucjonizowały biologię molekularną. Techniki te umożliwiły projektowanie, budowanie, testowanie, uczenie się na błędach i powtarzanie cyklu, aż do osiągnięcia pożądanego rezultatu. Takie podejście leży u podstaw innowacji w biologii syntetycznej. 

Szybszy kontekst syntezy genów

Synteza przekształca cyfrowy kod genetyczny w molekularne DNA, dzięki czemu naukowcy mogą tworzyć i produkować duże ilości materiału genetycznego. Dostępne dane DNA rozszerzyły się dzięki technologiom sekwencjonowania nowej generacji (NGS). Rozwój ten doprowadził do wzrostu liczby biologicznych baz danych zawierających sekwencje DNA z każdego organizmu i środowiska. Naukowcy mogą teraz łatwiej wydobywać, analizować i modyfikować te sekwencje dzięki większej wydajności oprogramowania bioinformatycznego.

Im więcej informacji biologicznych mają naukowcy z „drzewa życia” (sieci genomów), tym lepiej rozumieją, w jaki sposób żywe istoty są ze sobą powiązane genetycznie. Sekwencjonowanie nowej generacji pomogło nam lepiej zrozumieć choroby, mikrobiom i różnorodność genetyczną organizmów. Ten boom na sekwencje umożliwia również rozwój nowych dyscyplin naukowych, takich jak inżynieria metaboliczna i biologia syntetyczna. Dostęp do tych informacji nie tylko poprawia obecną diagnostykę i terapie, ale także toruje drogę nowym przełomowym odkryciom medycznym, które będą miały trwały wpływ na ludzkie zdrowie. 

Ponadto biologia syntetyczna może mieć wpływ na wiele obszarów, takich jak tworzenie nowych leków, materiałów i procesów produkcyjnych. W szczególności synteza genów jest jedną z obiecujących technologii, które pomagają bardzo szybko budować i zmieniać sekwencje genetyczne, prowadząc do odkrycia nowych funkcji biologicznych. Na przykład biolodzy często przenoszą geny między organizmami, aby przetestować hipotezy genetyczne lub nadać próbkom organizmów unikalne cechy lub zdolności.

Zakłócający wpływ

Chemicznie zsyntetyzowane krótkie sekwencje DNA są niezbędne, ponieważ są wszechstronne. Mogą być stosowane w laboratoriach badawczych, szpitalach i przemyśle. Zostały one na przykład wykorzystane do identyfikacji wirusa COVID-19. Fosforamidyty są niezbędnymi elementami budulcowymi w produkcji sekwencji DNA, ale są niestabilne i szybko się psują.

W 2021 roku naukowiec Alexander Sandahl opracował nowy opatentowany sposób szybkiego i wydajnego wytwarzania tych elementów budulcowych do produkcji DNA, znacznie przyspieszając proces, zanim te składniki się rozpadną. Sekwencje DNA nazywane są oligonukleotydami, szeroko stosowanymi do identyfikacji chorób, produkcji leków i innych zastosowań medycznych i biotechnologicznych. 

Jedną z wiodących firm biotechnologicznych specjalizujących się w produkcji syntetycznego DNA jest firma Twist Bioscience z siedzibą w USA. Firma łączy ze sobą oligonukleotydy, tworząc geny. Cena oligo spada, podobnie jak czas potrzebny na ich wytworzenie. Od 2022 roku koszt opracowania par zasad DNA wynosi tylko dziewięć centów. 

Syntetyczne DNA firmy Twist można zamówić online i wysłać do laboratorium w ciągu kilku dni, po czym jest wykorzystywane do tworzenia cząsteczek docelowych, które są budulcem nowych artykułów spożywczych, nawozów, produktów przemysłowych i leków. Ginkgo Bioworks, firma zajmująca się inżynierią komórkową, wyceniana na 25 miliardów dolarów, jest jednym z głównych klientów Twist. Tymczasem w 2022 r. firma Twist wprowadziła dwie syntetyczne kontrole DNA dla ludzkiego wirusa ospy małpiej, aby pomóc naukowcom w opracowaniu szczepionek i metod leczenia. 

Implikacje szybszej syntezy genów

Szersze implikacje szybszej syntezy genów mogą obejmować: 

• Przyspieszona identyfikacja wirusów powodujących pandemie i epidemie, prowadząca do szybszego opracowywania szczepionek.
• Więcej biotechnologii i startupów skupiających się na technologiach syntezy genów we współpracy z firmami biofarmaceutycznymi.
• Rządy ścigają się, by inwestować w swoje laboratoria syntetycznego DNA w celu opracowywania leków i materiałów przemysłowych.
• Koszt syntetycznego DNA spada, co prowadzi do demokratyzacji badań genetycznych. Ten trend może również prowadzić do większej liczby biohakerów, którzy chcą eksperymentować na sobie.
• Zwiększone badania genetyczne skutkujące szybszym rozwojem technologii edycji genów i terapii, takich jak CRISPR/Cas9.

Pytania do rozważenia

• Jakie są inne korzyści masowej produkcji syntetycznego DNA?
• Jak rządy powinny regulować ten sektor, aby pozostał etyczny?