Квантумран

ИЗОБРАЖЕНИЕ КРЕДИТ:

Istock

Ускоренный синтез генов: синтетическая ДНК может стать ключом к лучшему здравоохранению

Ученые ускоряют производство искусственных генов, чтобы быстро разрабатывать лекарства и решать глобальные кризисы в области здравоохранения.

Автор:
Имя автора
Квантумран Форсайт
16 января 2023

Сводка статистики

Химический синтез ДНК и ее сборка в гены, цепи и даже целые геномы произвели революцию в молекулярной биологии. Эти методы позволили проектировать, строить, тестировать, учиться на ошибках и повторять цикл до тех пор, пока не будет достигнут желаемый результат. Этот подход лежит в основе инноваций в области синтетической биологии.

Более быстрый контекст синтеза генов

Синтез превращает цифровой генетический код в молекулярную ДНК, чтобы исследователи могли создавать и производить большое количество генетического материала. Доступные данные о ДНК расширились благодаря технологиям секвенирования следующего поколения (NGS). Это развитие привело к увеличению биологических баз данных, содержащих последовательности ДНК всех организмов и окружающей среды. Теперь исследователи могут легче извлекать, анализировать и модифицировать эти последовательности благодаря большей эффективности программного обеспечения для биоинформатики.

Чем больше у ученых биологической информации из «древа жизни» (сети геномов), тем лучше они понимают, как живые существа связаны генетически. Секвенирование следующего поколения помогло нам лучше понять болезни, микробиом и генетическое разнообразие организмов. Этот бум последовательностей также способствует развитию новых научных дисциплин, таких как метаболическая инженерия и синтетическая биология. Доступ к этой информации не только улучшает текущую диагностику и терапию, но и прокладывает путь к новым медицинским достижениям, которые окажут долгосрочное влияние на здоровье человека.

Кроме того, синтетическая биология может повлиять на многие области, такие как создание новых лекарств, материалов и производственных процессов. В частности, генный синтез является одной из многообещающих технологий, позволяющих очень быстро создавать и изменять генетические последовательности, что приводит к открытию новых биологических функций. Например, биологи часто переносят гены между организмами, чтобы проверить генетические гипотезы или придать образцам организмов уникальные черты или способности.

Разрушительное воздействие

Химически синтезированные короткие последовательности ДНК необходимы, потому что они универсальны. Их можно использовать в исследовательских лабораториях, больницах и промышленности. Например, их использовали для идентификации вируса COVID-19. Фосфорамидиты являются необходимыми строительными блоками для производства последовательностей ДНК, но они нестабильны и быстро разрушаются.

В 2021 году ученый Александр Сандаль разработал новый запатентованный способ быстрого и эффективного производства этих строительных блоков для производства ДНК, что значительно ускорило процесс до того, как эти компоненты распадутся. Последовательности ДНК, называемые олигонуклеотидами, широко используются для выявления болезней, производства лекарств и других медицинских и биотехнологических применений.

Одной из ведущих биотехнологических фирм, специализирующихся на производстве синтетической ДНК, является американская компания Twist Bioscience. Компания связывает олигонуклеотиды вместе для создания генов. Цена на олиго падает, как и время, необходимое для их изготовления. По состоянию на 2022 год стоимость разработки пар оснований ДНК составляет всего девять центов.

Синтетическая ДНК Twist может быть заказана онлайн и через несколько дней отправлена в лабораторию, после чего она используется для создания молекул-мишеней, которые являются строительными блоками для новых продуктов питания, удобрений, промышленных товаров и лекарств. Ginkgo Bioworks, компания по разработке клеток, стоимость которой оценивается в 25 миллиардов долларов США, является одним из основных клиентов Twist. Между тем, в 2022 году Twist выпустила два синтетических ДНК-контроля вируса оспы обезьян, чтобы помочь исследователям разработать вакцины и методы лечения.

Последствия более быстрого синтеза генов

Более широкие последствия более быстрого синтеза генов могут включать:

Ускоренная идентификация вирусов, вызывающих пандемии и эпидемии, ведет к более своевременной разработке вакцин.
Больше биотехнологий и стартапов, специализирующихся на технологиях синтеза генов в партнерстве с биофармацевтическими фирмами.
Правительства стремятся инвестировать в свои соответствующие лаборатории синтетической ДНК для разработки лекарств и промышленных материалов.
Стоимость синтетической ДНК становится ниже, что приводит к демократизации генетических исследований. Эта тенденция также может привести к увеличению числа биохакеров, желающих экспериментировать над собой.
Расширение генетических исследований приводит к более быстрому развитию технологий редактирования генов и терапии, таких как CRISPR/Cas9.