Molekuly na požiadanie: Katalóg ľahko dostupných molekúl

• Autor:
• meno autora

  Predvídavosť Quantumrun
• Decembra 22, 2022

Súhrn prehľadu

Syntetická biológia je novovznikajúca veda o živote, ktorá aplikuje inžinierske princípy na biológiu na vytváranie nových častí a systémov. Pri objavovaní liekov má syntetická biológia potenciál spôsobiť revolúciu v liečbe vytvorením molekúl na požiadanie. Dlhodobé dôsledky týchto molekúl by mohli zahŕňať použitie umelej inteligencie na zrýchlenie procesu tvorby a veľké investície biofarmaceutických firiem do tohto vznikajúceho trhu.

Kontext molekúl na požiadanie

Metabolické inžinierstvo umožňuje vedcom používať upravené bunky na vytváranie nových a udržateľných molekúl, ako sú obnoviteľné biopalivá alebo lieky na prevenciu rakoviny. S mnohými možnosťami, ktoré metabolické inžinierstvo ponúka, bola Svetovým ekonomickým fórom v roku 2016 považovaná za jednu z „Top Ten Emerging Technologies“. Okrem toho sa očakáva, že industrializovaná biológia pomôže vyvinúť obnoviteľné bioprodukty a materiály, zlepšiť plodiny a umožniť nové biomedicínske aplikácie.

Primárnym cieľom syntetickej alebo laboratórne vytvorenej biológie je využitie inžinierskych princípov na zlepšenie genetického a metabolického inžinierstva. Syntetická biológia zahŕňa aj nemetabolické úlohy, ako sú genetické modifikácie, ktoré eliminujú komáre prenášajúce maláriu alebo upravené mikrobiómy, ktoré by mohli potenciálne nahradiť chemické hnojivá. Táto disciplína rýchlo rastie, podporovaná pokrokmi vo vysoko výkonnom fenotypovaní (proces hodnotenia genetického zloženia alebo vlastností), zrýchľovaním schopností sekvenovania a syntézy DNA a genetickou úpravou s podporou CRISPR.

Ako tieto technológie napredujú, rastú aj schopnosti výskumníkov vytvárať na požiadanie molekuly a mikróby pre všetky druhy výskumu. Najmä strojové učenie (ML) je efektívnym nástrojom, ktorý dokáže urýchliť tvorbu syntetických molekúl predpovedaním, ako sa bude správať biologický systém. Pochopením vzorov v experimentálnych údajoch môže ML poskytnúť predpovede bez potreby intenzívneho porozumenia tomu, ako to funguje.

Rušivý vplyv

Molekuly na požiadanie vykazujú najväčší potenciál pri objavovaní liekov. Cieľ liečiva je molekula na báze proteínu, ktorá hrá úlohu pri spôsobovaní symptómov ochorenia. Lieky pôsobia na tieto molekuly a menia alebo zastavujú funkcie, ktoré vedú k symptómom ochorenia. Na nájdenie potenciálnych liekov vedci často používajú reverznú metódu, ktorá študuje známu reakciu, aby určila, ktoré molekuly sa podieľajú na tejto funkcii. Táto technika sa nazýva cieľová dekonvolúcia. Vyžaduje si komplexné chemické a mikrobiologické štúdie, aby bolo možné presne určiť, ktorá molekula vykonáva požadovanú funkciu.

Syntetická biológia pri objavovaní liekov umožňuje vedcom navrhnúť nové nástroje na skúmanie mechanizmov chorôb na molekulárnej úrovni. Jedným zo spôsobov, ako to urobiť, je navrhnúť syntetické obvody, čo sú živé systémy, ktoré môžu poskytnúť prehľad o tom, ktoré procesy prebiehajú na bunkovej úrovni. Tieto syntetické biologické prístupy k objavovaniu liekov, známe ako ťažba genómu, spôsobili revolúciu v medicíne.

Príkladom spoločnosti poskytujúcej molekuly na požiadanie je spoločnosť GreenPharma so sídlom vo Francúzsku. Podľa stránky spoločnosti Greenpharma vyrába chemikálie pre farmaceutický, kozmetický, poľnohospodársky a jemný chemický priemysel za prijateľnú cenu. Vyrábajú vlastné syntetické molekuly na úrovni gramov až miligramov. Firma poskytuje každému klientovi určeného projektového manažéra (Ph.D.) a pravidelné intervaly podávania správ. Ďalšou spoločnosťou v oblasti biologických vied, ktorá ponúka túto službu, je kanadská spoločnosť OTAVAChemicals, ktorá má zbierku 12 miliárd dostupných molekúl na požiadanie založených na tridsiatich tisíckach stavebných blokov a 44 vlastných reakciách. 

Dôsledky molekúl na požiadanie

Širšie dôsledky molekúl na požiadanie môžu zahŕňať: 

• Spoločnosť v oblasti biologických vied investuje do umelej inteligencie a ML s cieľom odhaliť nové molekuly a chemické zložky, ktoré pridá do svojich databáz.
• Na ďalšie skúmanie a vývoj produktov a nástrojov potrebovalo viac spoločností, ktoré majú jednoduchší prístup k molekulám. 
• Niektorí vedci požadujú nariadenia alebo normy, ktoré by zabezpečili, že firmy nebudú používať niektoré molekuly na nelegálny výskum a vývoj.
• Biofarmaceutické firmy výrazne investujú do svojich výskumných laboratórií, aby umožnili inžinierstvo mikróbov na požiadanie ako službu pre iné biotechnologické firmy a výskumné organizácie.
• Syntetická biológia umožňujúca vývoj živých robotov a nanočastíc, ktoré môžu vykonávať operácie a poskytovať genetické terapie.
• Zvýšená závislosť na virtuálnych trhoviskách pre chemické dodávky, čo umožňuje podnikom rýchlo získavať a získavať špecifické molekuly, čím sa zvyšuje ich prevádzková efektivita a skracuje sa čas potrebný na uvedenie nových produktov na trh.
• Vlády prijímajúce politiky na riadenie etických dôsledkov a bezpečnostných problémov syntetickej biológie, najmä v kontexte vývoja živých robotov a nanočastíc pre medicínske aplikácie.
• Vzdelávacie inštitúcie revidujú učebné osnovy tak, aby zahŕňali pokročilejšie témy v syntetickej biológii a molekulárnych vedách, čím pripravujú ďalšiu generáciu vedcov na nové výzvy a príležitosti v týchto oblastiach.

Otázky na zváženie

• Aké sú ďalšie potenciálne prípady použitia molekúl na požiadanie?
• Ako inak môže táto služba zmeniť vedecký výskum a vývoj?