Rýchlejšia syntéza génov: Syntetická DNA môže byť kľúčom k lepšej zdravotnej starostlivosti

• Autor:
• meno autora

  Predvídavosť Quantumrun
• Januára 16, 2023

Súhrn prehľadu

Chemická syntéza DNA a jej zostavenie do génov, obvodov a dokonca celých genómov spôsobilo revolúciu v molekulárnej biológii. Tieto techniky umožnili navrhnúť, zostaviť, testovať, poučiť sa z chýb a opakovať cyklus, kým sa nedosiahne požadovaný výsledok. Tento prístup je jadrom inovácie syntetickej biológie. 

Kontext rýchlejšej génovej syntézy

Syntéza mení digitálny genetický kód na molekulárnu DNA, aby výskumníci mohli vytvárať a produkovať veľké množstvá genetického materiálu. Dostupné údaje o DNA sa rozšírili vďaka technológiám sekvenovania novej generácie (NGS). Tento vývoj viedol k nárastu biologických databáz obsahujúcich sekvencie DNA z každého organizmu a prostredia. Výskumníci teraz môžu tieto sekvencie ľahšie extrahovať, analyzovať a modifikovať vďaka väčšej účinnosti bioinformatického softvéru.

Čím viac biologických informácií majú vedci zo „stromu života“ (sieť genómov), tým lepšie rozumejú tomu, ako spolu živé veci geneticky súvisia. Sekvenovanie novej generácie nám pomohlo lepšie pochopiť choroby, mikrobióm a genetickú diverzitu organizmov. Tento sekvenčný boom tiež umožňuje rast nových vedných disciplín, akými sú metabolické inžinierstvo a syntetická biológia. Prístup k týmto informáciám nielen zlepšuje súčasnú diagnostiku a terapiu, ale pripravuje aj cestu pre nové medicínske objavy, ktoré budú mať trvalý vplyv na ľudské zdravie. 

Okrem toho má syntetická biológia potenciál ovplyvniť mnohé oblasti, ako je vytváranie nových liekov, materiálov a výrobných procesov. Najmä syntéza génov je jednou zo sľubných technológií, ktoré pomáhajú veľmi rýchlo budovať a meniť genetické sekvencie, čo vedie k objavom nových biologických funkcií. Napríklad biológovia často prenášajú gény medzi organizmy, aby otestovali genetické hypotézy alebo poskytli vzorkám organizmov jedinečné vlastnosti alebo schopnosti.

Rušivý vplyv

Chemicky syntetizované krátke sekvencie DNA sú nevyhnutné, pretože sú všestranné. Môžu byť použité vo výskumných laboratóriách, nemocniciach a priemysle. Používali sa napríklad na identifikáciu vírusu COVID-19. Fosforamidity sú nevyhnutné stavebné kamene pri výrobe sekvencií DNA, ale sú nestabilné a rýchlo sa lámu.

V roku 2021 vedec Alexander Sandahl vyvinul nový patentovaný spôsob rýchlej a efektívnej výroby týchto stavebných blokov na produkciu DNA, čím sa výrazne zrýchli proces predtým, ako sa tieto zložky rozpadnú. Sekvencie DNA sa nazývajú oligonukleotidy a sú široko používané na identifikáciu chorôb, výrobu liekov a iné lekárske a biotechnologické aplikácie. 

Jednou z popredných biotechnologických firiem špecializujúcich sa na výrobu syntetickej DNA je Twist Bioscience so sídlom v USA. Spoločnosť spája oligonukleotidy, aby vytvorili gény. Cena za oligo klesá, rovnako ako čas potrebný na ich výrobu. Od roku 2022 sú náklady na vývoj párov báz DNA iba deväť centov. 

Syntetickú DNA Twistu je možné objednať online a odoslať do laboratória v priebehu niekoľkých dní, potom sa používa na vytvorenie cieľových molekúl, ktoré sú stavebnými kameňmi pre nové potraviny, hnojivá, priemyselné produkty a lieky. Ginkgo Bioworks, spoločnosť zaoberajúca sa bunkovým inžinierstvom v hodnote 25 miliárd USD, je jedným z hlavných klientov spoločnosti Twist. Medzitým v roku 2022 Twist spustil dve syntetické kontroly DNA pre ľudský vírus opičích kiahní, aby pomohol výskumníkom vyvinúť vakcíny a liečby. 

Dôsledky rýchlejšej syntézy génov

Širšie dôsledky rýchlejšej syntézy génov môžu zahŕňať: 

• Zrýchlená identifikácia vírusov spôsobujúcich pandémie a epidémie, čo vedie k včasnejšiemu vývoju vakcín.
• Viac biotechnológií a startupov zameraných na technológie génovej syntézy v spolupráci s biofarmaceutickými firmami.
• Vlády sa predháňajú v investíciách do svojich laboratórií so syntetickou DNA na vývoj liekov a priemyselných materiálov.
• Náklady na syntetickú DNA sa znižujú, čo vedie k demokratizácii genetického výskumu. Tento trend môže viesť aj k väčšiemu počtu biohackerov, ktorí chcú na sebe experimentovať.
• Zvýšený genetický výskum, ktorý vedie k rýchlejšiemu vývoju technológií na úpravu génov a terapie, ako je CRISPR/Cas9.

Otázky na zváženie

• Aké sú ďalšie výhody masovej produkcie syntetickej DNA?
• Ako by mali vlády regulovať tento sektor, aby zostal etický?