Hitrejša sinteza genov: Sintetična DNK je lahko ključ do boljšega zdravstvenega varstva

• Avtor:
• ime avtorja

  Quantumrun Foresight
• Januar 16, 2023

Povzetek vpogleda

Kemična sinteza DNK in njeno sestavljanje v gene, vezja in celo celotne genome je revolucioniralo molekularno biologijo. Te tehnike so omogočile načrtovanje, gradnjo, testiranje, učenje na napakah in ponavljanje cikla, dokler ni dosežen želeni rezultat. Ta pristop je v središču inovacij sintetične biologije. 

Kontekst hitrejše sinteze genov

Sinteza spremeni digitalno genetsko kodo v molekularno DNK, tako da lahko raziskovalci ustvarijo in proizvedejo velike količine genskega materiala. Razpoložljivi podatki o DNK so se razširili zahvaljujoč tehnologijam sekvenciranja naslednje generacije (NGS). Ta razvoj je privedel do povečanja bioloških baz podatkov, ki vsebujejo zaporedja DNK iz vsakega organizma in okolja. Raziskovalci lahko zdaj lažje ekstrahirajo, analizirajo in spreminjajo ta zaporedja zaradi večje učinkovitosti programske opreme za bioinformatiko.

Več kot imajo znanstveniki bioloških informacij o "drevesu življenja" (mreži genomov), bolje razumejo, kako so živa bitja genetsko povezana. Sekvenciranje naslednje generacije nam je pomagalo bolje razumeti bolezni, mikrobiom in genetsko raznolikost organizmov. Ta razcvet zaporedja omogoča tudi rast novih znanstvenih disciplin, kot sta presnovni inženiring in sintetična biologija. Dostop do teh informacij ne le izboljšuje trenutno diagnostiko in terapevtiko, ampak tudi utira pot novim medicinskim dosežkom, ki bodo imeli trajen vpliv na zdravje ljudi. 

Poleg tega lahko sintetična biologija vpliva na številna področja, kot je ustvarjanje novih zdravil, materialov in proizvodnih procesov. Predvsem sinteza genov je ena od obetavnih tehnologij, ki zelo hitro pomagajo graditi in spreminjati genetske sekvence, kar vodi do odkritij novih bioloških funkcij. Na primer, biologi pogosto prenašajo gene med organizmi, da testirajo genetske hipoteze ali dajo vzorčnim organizmom edinstvene lastnosti ali sposobnosti.

Moteč vpliv

Kemično sintetizirana kratka zaporedja DNK so bistvena, ker so vsestranska. Uporabljajo se lahko v raziskovalnih laboratorijih, bolnišnicah in industriji. Uporabili so jih na primer za identifikacijo virusa COVID-19. Fosforamiditi so nujni gradniki pri proizvodnji zaporedij DNK, vendar so nestabilni in se hitro zlomijo.

Leta 2021 je znanstvenik Alexander Sandahl razvil nov patentiran način za hitro in učinkovito izdelavo teh gradnikov za proizvodnjo DNK, s čimer je znatno pospešil proces, preden te komponente razpadejo. Zaporedja DNK se imenujejo oligonukleotidi, ki se pogosto uporabljajo za prepoznavanje bolezni, proizvodnjo zdravil in druge medicinske in biotehnološke aplikacije. 

Eno vodilnih biotehnoloških podjetij, specializiranih za proizvodnjo sintetične DNK, je Twist Bioscience s sedežem v ZDA. Podjetje povezuje oligonukleotide skupaj za ustvarjanje genov. Cena za oligos pada, prav tako čas, ki je potreben za njihovo izdelavo. Od leta 2022 znašajo stroški razvoja baznih parov DNK le devet centov. 

Twistov sintetični DNK je mogoče naročiti na spletu in poslati v laboratorij v nekaj dneh, nato pa se uporabi za ustvarjanje ciljnih molekul, ki so gradniki za nova živila, gnojila, industrijske izdelke in zdravila. Ginkgo Bioworks, podjetje za celični inženiring, ocenjeno na 25 milijard USD, je ena glavnih strank Twista. Medtem je leta 2022 Twist lansiral dve sintetični kontroli DNK za virus človeških opičjih koz, da bi raziskovalcem pomagal razviti cepiva in zdravljenja. 

Posledice hitrejše sinteze genov

Širše posledice hitrejše sinteze genov lahko vključujejo: 

• Pospešeno odkrivanje virusov, ki povzročajo pandemije in epidemije, kar vodi k pravočasnejšemu razvoju cepiv.
• Več biotehnologij in startupov, ki se osredotočajo na tehnologije za sintezo genov v sodelovanju z biofarmacevtskimi podjetji.
• Vlade tekmujejo za vlaganje v svoje laboratorije za sintetično DNK za razvoj zdravil in industrijskih materialov.
• Stroški sintetične DNK postajajo nižji, kar vodi v demokratizacijo genetskih raziskav. Ta trend lahko povzroči tudi več biohekerjev, ki želijo eksperimentirati na sebi.
• Okrepljene genetske raziskave, ki se odražajo v hitrejšem razvoju tehnologij za urejanje genov in terapije, kot je CRISPR/Cas9.

Vprašanja, ki jih je treba upoštevati

• Kakšne so druge prednosti množične proizvodnje sintetične DNK?
• Kako naj vlade uredijo ta sektor, da bo ostal etičen?