Yapay minimal hücreler: Tıbbi araştırmalar için yeterli yaşam yaratmak

GÖRÜNTÜ KREDİSİ:
Resim kredi
iStock

Yapay minimal hücreler: Tıbbi araştırmalar için yeterli yaşam yaratmak

Yapay minimal hücreler: Tıbbi araştırmalar için yeterli yaşam yaratmak

Alt başlık metni
Bilim adamları, tıbbi araştırmalar için mükemmel örnekleri oluşturmak için bilgisayar modelleme, genetik düzenleme ve sentetik biyolojiyi birleştiriyor.
    • Yazar:
    • Yazar adı
      Kuantumrun Öngörüsü
    • 23 Aralık 2022

    Analiz özeti

    Yaşamın temellerini keşfeden bilim insanları, minimum sayıda hücre oluşturmak için genomları küçültüyor ve yaşam için gerekli olan temel işlevleri ortaya çıkarıyor. Bu çabalar, düzensiz hücre şekilleri gibi beklenmedik keşiflere ve zorluklara yol açarak, genetik esasların daha da geliştirilmesine ve anlaşılmasına yol açtı. Bu araştırma, ilaç geliştirme, hastalık çalışmaları ve kişiselleştirilmiş tıptaki potansiyel uygulamalarla sentetik biyolojideki ilerlemelerin yolunu açıyor.

    Yapay minimal hücre bağlamı

    Yapay minimal hücreler veya genom minimizasyonu, temel genler arasındaki etkileşimlerin hayati fizyolojik süreçlere nasıl yol açtığını anlamak için pratik bir sentetik biyoloji yaklaşımıdır. Genom minimizasyonu, gen silme işlemlerine rehberlik etmeye yardımcı olmak için modüler genomik segmentlerin ve transpozon mutagenezinden (genlerin bir konakçıdan diğerine aktarılması işlemi) gelen bilgilerin değerlendirilmesine ve kombinasyonuna dayanan bir tasarla-yap-test et-öğren yöntemi kullandı. Bu yöntem, temel genleri bulurken önyargıyı azalttı ve bilim insanlarına genomu ve onun ne yaptığını değiştirmek, yeniden inşa etmek ve incelemek için araçlar verdi.

    2010 yılında ABD merkezli J. Craig Venter Enstitüsü'ndeki (JVCI) bilim adamları, Mycoplasma capricolum bakterisinin DNA'sını başarılı bir şekilde ortadan kaldırdıklarını ve bunun yerine başka bir bakteri olan Mycoplasma mycoides'e dayalı bilgisayar tarafından üretilmiş DNA'yı koyduklarını duyurdular. Ekip, yeni organizmalarına JCVI-syn1.0 veya kısaca 'Sentetik' adını verdi. Bu organizma, bilgisayar ebeveynlerinden oluşan, Dünya üzerinde kendini kopyalayan ilk türdü. Bilim adamlarının, hücrelerden başlayarak yaşamın nasıl çalıştığını anlamalarına yardımcı olmak için yaratıldı. 

    2016 yılında ekip, bilinen diğer tüm basit yaşam biçimlerinden daha az gene sahip tek hücreli bir organizma olan JCVI-syn3.0'ı yarattı (JVCI-syn473'ın 1.0 genine kıyasla yalnızca 901 gen). Bununla birlikte, organizma öngörülemeyen şekillerde hareket etti. Sağlıklı hücreler üretmek yerine, kendini kopyalama sırasında garip şekilli hücreler yarattı. Bilim adamları, normal hücre bölünmesinden sorumlu olanlar da dahil olmak üzere, orijinal hücreden çok fazla gen çıkardıklarını fark ettiler. 

    Yıkıcı etki

    Mümkün olan en az gene sahip sağlıklı bir organizma bulmaya kararlı olan Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ve Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden (NIST) biyofizikçiler, 3.0'de JCVI-syn2021 kodunu yeniden düzenlediler. JCVI-syn3A adlı yeni varyant. Bu yeni hücrenin sadece 500 geni olmasına rağmen, araştırmacıların çalışmaları sayesinde daha çok normal bir hücre gibi davranıyor. 

    Bilim adamları hücreyi daha da soymak için çalışıyorlar. 2021'de M. mycoides JCVI-syn3B olarak bilinen yeni bir sentetik organizma, 300 gün boyunca evrim geçirerek farklı koşullar altında mutasyona uğrayabileceğini gösterdi. Biyomühendisler, daha modern bir organizmanın, bilim adamlarının hayatı en temel düzeyde incelemelerine ve hastalıkların nasıl ilerlediğini anlamalarına yardımcı olabileceği konusunda da iyimser.

    2022'de Illinois Üniversitesi, Urbana-Champaign, JVCI ve Almanya merkezli Technische Universität Dresden'den bilim adamlarından oluşan bir ekip, JCVI-syn3A'nın bir bilgisayar modelini oluşturdu. Bu model, gerçek hayattaki analoğunun büyümesini ve moleküler yapısını doğru bir şekilde tahmin edebilir. 2022 itibariyle, bir bilgisayarın simüle ettiği en eksiksiz tam hücre modeliydi.

    Bu simülasyonlar değerli bilgiler sağlayabilir. Bu veriler, bir hücre döngüsü boyunca metabolizma, büyüme ve genetik bilgi işlemlerini içerir. Analiz, amino asitlerin, nükleotitlerin ve iyonların aktif taşınması dahil olmak üzere, yaşamın ilkeleri ve hücrelerin enerjiyi nasıl tükettiği hakkında fikir verir. Minimal hücre araştırmaları artmaya devam ettikçe, bilim adamları ilaç geliştirmek, hastalıkları incelemek ve genetik terapileri keşfetmek için kullanılabilecek daha iyi sentetik biyoloji sistemleri oluşturabilirler.

    Yapay minimal hücrelerin çıkarımları

    Yapay minimal hücrelerin gelişiminin daha geniş etkileri şunları içerebilir: 

    • Araştırma için sade ama işleyen yaşam sistemleri yaratmak için daha fazla küresel iş birliği.
    • Kan hücreleri ve proteinler gibi biyolojik yapıların haritasını çıkarmak için artan makine öğrenimi ve bilgisayar modelleme kullanımı.
    • Çip üzerinde vücut ve canlı robotlar dahil olmak üzere gelişmiş sentetik biyoloji ve makine-organizma melezleri. Ancak, bu deneyler bazı bilim adamlarından etik şikayetler alabilir.
    • Bazı biyoteknoloji ve biyofarma firmaları, ilaç ve tedavi gelişmelerini hızlandırmak için sentetik biyoloji girişimlerine büyük yatırımlar yapıyor.
    • Bilim adamları genler ve bunların nasıl manipüle edilebileceği hakkında daha fazla şey öğrendikçe, genetik düzenlemede artan yenilik ve keşifler.
    • Hem bilimsel bütünlüğü hem de kamu güvenini koruyan, etik uygulamaları güvence altına almak amacıyla biyoteknolojik araştırmalara ilişkin düzenlemelerin iyileştirilmesi.
    • Sentetik biyoloji ve yapay yaşam formlarına odaklanan ve yeni nesil bilim adamlarını özel becerilerle donatan yeni eğitim ve öğretim programlarının ortaya çıkışı.
    • Sağlık hizmetleri stratejilerinde kişiye özel tedaviler ve teşhisler için yapay hücreler ve sentetik biyolojiden yararlanılarak kişiselleştirilmiş tıbba doğru geçiş.

    Dikkate alınması gereken sorular

    • Sentetik biyoloji alanında çalışıyorsanız, minimal hücrelerin diğer faydaları nelerdir?
    • Örgütler ve kurumlar sentetik biyolojiyi ilerletmek için nasıl birlikte çalışabilir?

    Analiz referansları

    Bu içgörü için aşağıdaki popüler ve kurumsal bağlantılara başvurulmuştur: