Artipisyal na minimal na mga cell: Lumilikha ng sapat na buhay para sa medikal na pananaliksik

• May-akda:
• pangalan Author

  Quantumrun Foresight
• Disyembre 23, 2022

Buod ng pananaw

Sa paggalugad sa mga mahahalaga sa buhay, binabawasan ng mga siyentipiko ang mga genome upang lumikha ng kaunting mga cell, na inilalantad ang mga pangunahing function na kinakailangan para sa buhay. Ang mga pagsisikap na ito ay humantong sa mga hindi inaasahang pagtuklas at hamon, tulad ng hindi regular na mga hugis ng cell, na nag-udyok ng higit pang pagpipino at pag-unawa sa mga mahahalagang genetic. Ang pananaliksik na ito ay nagbibigay daan para sa mga pagsulong sa synthetic na biology, na may mga potensyal na aplikasyon sa pagbuo ng gamot, pag-aaral ng sakit, at personalized na gamot.

Artipisyal na minimal na mga cell konteksto

Ang artificial minimal cells o genome minimization ay isang praktikal na synthetic biology approach para sa pag-unawa kung paano ang mga interaksyon sa pagitan ng mga mahahalagang gene ay nagbubunga ng mahahalagang proseso ng physiological. Gumamit ang pag-minimize ng genome ng isang paraan ng disenyo-build-test-learn na umaasa sa pagsusuri at kumbinasyon ng mga modular genomic na mga segment at impormasyon mula sa transposon mutagenesis (ang proseso ng paglilipat ng mga gene mula sa isang host patungo sa isa pa) upang makatulong na gabayan ang mga pagtanggal ng gene. Ang pamamaraang ito ay nagbawas ng bias kapag naghahanap ng mahahalagang gene at nagbigay sa mga siyentipiko ng mga tool upang baguhin, muling itayo, at pag-aralan ang genome at kung ano ang ginagawa nito.

Noong 2010, inihayag ng mga siyentipiko sa J. Craig Venter Institute (JVCI) na nakabase sa US na matagumpay nilang naalis ang DNA ng bacteria na Mycoplasma capricolum at pinalitan ito ng computer-generated DNA batay sa isa pang bacteria, Mycoplasma mycoides. Pinamagatan ng team ang kanilang bagong organismo na JCVI-syn1.0, o 'Synthetic,' para sa maikli. Ang organismo na ito ay ang unang self-replicating species sa Earth na binubuo ng mga magulang ng computer. Nilikha ito upang tulungan ang mga siyentipiko na maunawaan kung paano gumagana ang buhay, simula sa mga cell pataas. 

Noong 2016, nilikha ng team ang JCVI-syn3.0, isang single-celled na organismo na may mas kaunting mga gene kaysa sa anumang iba pang kilalang anyo ng simpleng buhay (473 genes lang kumpara sa 1.0 genes ng JVCI-syn901). Gayunpaman, ang organismo ay kumilos sa hindi inaasahang paraan. Sa halip na gumawa ng malulusog na mga selula, lumikha ito ng mga kakaibang hugis sa panahon ng pagtitiklop sa sarili. Napagtanto ng mga siyentipiko na inalis nila ang napakaraming mga gene mula sa orihinal na cell, kabilang ang mga responsable para sa normal na paghahati ng cell. 

Nakakagambalang epekto

Determinado na makahanap ng isang malusog na organismo na may pinakamaliit na gene na posible, ang mga biophysicist mula sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) at National Institute of Standards and Technology (NIST) ay nag-remix ng JCVI-syn3.0 code noong 2021. Nakagawa sila ng isang bagong variant na tinatawag na JCVI-syn3A. Kahit na ang bagong cell na ito ay mayroon lamang 500 genes, ito ay kumikilos na mas katulad ng isang regular na cell salamat sa gawain ng mga mananaliksik. 

Ang mga siyentipiko ay nagsisikap na hubarin ang cell nang higit pa. Noong 2021, isang bagong synthetic na organismo na kilala bilang M. mycoides JCVI-syn3B ang nag-evolve sa loob ng 300 araw, na nagpapakita na maaari itong mag-mutate sa ilalim ng iba't ibang sitwasyon. Ang mga bioengineer ay maasahan din na ang isang mas streamline na organismo ay makakatulong sa mga siyentipiko na pag-aralan ang buhay sa pinakapangunahing antas nito at maunawaan kung paano sumusulong ang mga sakit.

Noong 2022, lumikha ang isang pangkat ng mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng Illinois sa Urbana-Champaign, JVCI, at Technische Universität Dresden na nakabase sa Germany ng modelo ng computer ng JCVI-syn3A. Ang modelong ito ay maaaring tumpak na mahulaan ang paglago at molekular na istraktura ng real-life na analog nito. Noong 2022, ito na ang pinakakumpletong whole-cell na modelo na na-simulate ng isang computer.

Ang mga simulation na ito ay maaaring magbigay ng mahalagang impormasyon. Kasama sa data na ito ang metabolismo, paglaki, at mga proseso ng genetic na impormasyon sa isang cell cycle. Ang pagsusuri ay nag-aalok ng insight sa mga prinsipyo ng buhay at kung paano kumokonsumo ng enerhiya ang mga cell, kabilang ang aktibong transportasyon ng mga amino acid, nucleotides, at ions. Habang ang kaunting pananaliksik sa cell ay patuloy na lumalaki, ang mga siyentipiko ay maaaring lumikha ng mas mahusay na mga sistema ng sintetikong biology na maaaring magamit upang bumuo ng mga gamot, pag-aralan ang mga sakit, at tumuklas ng mga genetic na therapy.

Mga implikasyon ng artipisyal na minimal na mga cell

Ang mas malawak na implikasyon ng pagbuo ng mga artipisyal na minimal na mga cell ay maaaring kabilang ang: 

• Higit pang mga pandaigdigang pakikipagtulungan upang lumikha ng mga stripped-down ngunit gumaganang mga sistema ng buhay para sa pananaliksik.
• Tumaas na machine learning at paggamit ng pagmomodelo ng computer para imapa ang mga biological na istruktura, gaya ng mga selula ng dugo at mga protina.
• Advanced na synthetic biology at machine-organism hybrids, kabilang ang body-on-a-chip at mga live na robot. Gayunpaman, ang mga eksperimentong ito ay maaaring makatanggap ng mga etikal na reklamo mula sa ilang mga siyentipiko.
• Ang ilang kumpanya ng biotech at biopharma ay labis na namumuhunan sa mga inisyatiba ng synthetic na biology upang mabilis na masubaybayan ang mga pagpapaunlad ng gamot at therapy.
• Tumaas na pagbabago at pagtuklas sa genetic editing habang ang mga siyentipiko ay higit na natututo tungkol sa mga gene at kung paano sila mamanipula.
• Pinahusay na mga regulasyon sa biotechnological na pananaliksik upang matiyak ang mga etikal na kasanayan, na pinangangalagaan ang parehong siyentipikong integridad at tiwala ng publiko.
• Pag-usbong ng mga bagong programang pang-edukasyon at pagsasanay na nakatuon sa sintetikong biology at mga artipisyal na anyo ng buhay, na nagbibigay sa susunod na henerasyon ng mga siyentipiko ng mga espesyal na kasanayan.
• Lumipat sa mga diskarte sa pangangalagang pangkalusugan tungo sa personalized na gamot, paggamit ng mga artipisyal na cell at synthetic na biology para sa mga pinasadyang paggamot at diagnostic.

Mga katanungang dapat isaalang-alang

• Kung nagtatrabaho ka sa larangan ng synthetic biology, ano ang iba pang benepisyo ng minimal na mga cell?
• Paano magtutulungan ang mga organisasyon at institusyon para isulong ang synthetic na biology?