Konstgjorda minimala celler: Skapar tillräckligt med liv för medicinsk forskning

• Författare:
• författarnamn

  Quantumrun Framsyn
• December 23, 2022

Insiktssammanfattning

Genom att utforska livets väsentligheter har forskare reducerat genom för att skapa minimala celler, vilket avslöjar kärnfunktionerna som är nödvändiga för livet. Dessa ansträngningar har lett till oväntade upptäckter och utmaningar, såsom oregelbundna cellformer, vilket har lett till ytterligare förfining och förståelse av genetiska väsentligheter. Denna forskning banar väg för framsteg inom syntetisk biologi, med potentiella tillämpningar inom läkemedelsutveckling, sjukdomsstudier och personlig medicin.

Konstgjorda minimala celler sammanhang

Artificiella minimala celler eller genomminimering är ett praktiskt syntetiskt biologiskt tillvägagångssätt för att förstå hur interaktioner mellan väsentliga gener ger upphov till vitala fysiologiska processer. Genomminimering använde en design-build-test-learn-metod som förlitade sig på utvärdering och kombination av modulära genomiska segment och information från transposonmutagenes (processen att överföra gener från en värd till en annan) för att hjälpa till att vägleda gendeletioner. Denna metod minskade partiskhet när de hittade viktiga gener och gav forskarna verktygen att förändra, återuppbygga och studera genomet och vad det gör.

2010 meddelade forskare vid det USA-baserade J. Craig Venter Institute (JVCI) att de framgångsrikt hade eliminerat DNA från bakterien Mycoplasma capricolum och ersatt det med datorgenererat DNA baserat på en annan bakterie, Mycoplasma mycoides. Teamet kallade sin nya organism JCVI-syn1.0, eller "Synthetic", för kort. Denna organism var den första självreplikerande arten på jorden som bestod av datorföräldrar. Den skapades för att hjälpa forskare att förstå hur livet fungerade, från celler uppåt. 

År 2016 skapade teamet JCVI-syn3.0, en encellig organism med färre gener än någon annan känd form av enkelt liv (endast 473 gener jämfört med JVCI-syn1.0:s 901 gener). Men organismen agerade på oförutsägbara sätt. Istället för att producera friska celler skapade den konstigt formade celler under självreplikering. Forskare insåg att de hade tagit bort för många gener från den ursprungliga cellen, inklusive de som var ansvariga för normal celldelning. 

Störande inverkan

Fast beslutna att hitta en frisk organism med så få gener som möjligt, remixade biofysiker från Massachusetts Institute of Technology (MIT) och National Institute of Standards and Technology (NIST) koden JCVI-syn3.0 2021. De kunde skapa en ny variant som heter JCVI-syn3A. Även om den här nya cellen bara har 500 gener, beter den sig mer som en vanlig cell tack vare forskarnas arbete. 

Forskare arbetar för att ta bort cellen ytterligare. År 2021 utvecklades en ny syntetisk organism känd som M. mycoides JCVI-syn3B under 300 dagar, vilket visar att den kan mutera under olika omständigheter. Bioingenjörer är också optimistiska om att en mer strömlinjeformad organism kan hjälpa forskare att studera livet på dess mest grundläggande nivå och förstå hur sjukdomar utvecklas.

År 2022 skapade ett team av forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign, JVCI och Tyskland-baserade Technische Universität Dresden en datormodell av JCVI-syn3A. Denna modell kunde exakt förutsäga sin verkliga analogs tillväxt och molekylära struktur. Från och med 2022 var det den mest kompletta helcellsmodellen som en dator har simulerat.

Dessa simuleringar kan ge värdefull information. Dessa data inkluderar metabolism, tillväxt och genetiska informationsprocesser över en cellcykel. Analysen ger insikt i livets principer och hur celler konsumerar energi, inklusive aktiv transport av aminosyror, nukleotider och joner. Eftersom minimal cellforskning fortsätter att växa, kan forskare skapa bättre syntetiska biologiska system som kan användas för att utveckla läkemedel, studera sjukdomar och upptäcka genetiska terapier.

Konsekvenser av konstgjorda minimala celler

Vidare konsekvenser av utvecklingen av konstgjorda minimala celler kan inkludera: 

• Fler globala samarbeten för att skapa avskalade men fungerande livssystem för forskning.
• Ökad användning av maskininlärning och datormodellering för att kartlägga biologiska strukturer, såsom blodkroppar och proteiner.
• Avancerad syntetisk biologi och hybrider av maskinorganismer, inklusive kropp-på-ett-chip och levande robotar. Dessa experiment kan dock få etiska klagomål från vissa forskare.
• Vissa bioteknik- och biofarmakaföretag investerar kraftigt i syntetiska biologiinitiativ för att påskynda utvecklingen av läkemedel och terapi.
• Ökad innovation och upptäckter inom genetisk redigering när forskare lär sig mer om gener och hur de kan manipuleras.
• Förbättrade regler för bioteknisk forskning för att säkerställa etiska metoder, skydda både vetenskaplig integritet och allmänhetens förtroende.
• Framväxten av nya utbildnings- och träningsprogram fokuserade på syntetisk biologi och artificiella livsformer, som utrustar nästa generations forskare med specialiserade färdigheter.
• Växla vårdstrategier mot personlig medicin, med användning av konstgjorda celler och syntetisk biologi för skräddarsydda behandlingar och diagnostik.

Frågor att överväga

• Om du arbetar inom det syntetiska biologiområdet, vilka är de andra fördelarna med minimala celler?
• Hur kan organisationer och institutioner arbeta tillsammans för att främja syntetisk biologi?