Sun'iy minimal hujayralar: tibbiy tadqiqotlar uchun etarli hayot yaratish

• Muallif:
• Muallifning ismi

  Kvant davrini bashorat qilish
• Dekabr 23, 2022

Aniq xulosa

Hayotning muhim jihatlarini o'rganar ekan, olimlar minimal hujayralarni yaratish uchun genomlarni qisqartirishdi, hayot uchun zarur bo'lgan asosiy funktsiyalarni ochib berishdi. Ushbu sa'y-harakatlar kutilmagan kashfiyotlar va muammolarga olib keldi, masalan, tartibsiz hujayra shakllari, genetik asoslarni yanada takomillashtirish va tushunishga turtki bo'ldi. Ushbu tadqiqot sintetik biologiya sohasidagi yutuqlarga yo'l ochadi, bunda dori ishlab chiqarish, kasalliklarni o'rganish va shaxsiy tibbiyotda potentsial qo'llanilishi mumkin.

Sun'iy minimal hujayralar konteksti

Sun'iy minimal hujayralar yoki genomni minimallashtirish muhim genlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar hayotiy fiziologik jarayonlarni qanday keltirib chiqarishini tushunish uchun amaliy sintetik biologiya yondashuvidir. Genomni minimallashtirishda modulli genomik segmentlarni baholash va kombinatsiyalash va transpozon mutagenezi (genlarni bir xostdan ikkinchisiga o'tkazish jarayoni) ma'lumotlariga tayanib, genlarni yo'q qilishga yordam beradigan loyihalash-yaratish-test-o'rganish usulidan foydalanilgan. Bu usul muhim genlarni topishda tarafkashlikni kamaytirdi va olimlarga genomni o'zgartirish, qayta qurish va o'rganish vositalarini va u nima qilishini berdi.

2010-yilda AQShda joylashgan J. Kreyg Venter instituti (JVCI) olimlari Mycoplasma capricolum bakteriyalarining DNKsini muvaffaqiyatli yo‘q qilganliklarini va uning o‘rniga boshqa bakteriya — Mycoplasma mycoides asosida kompyuterda yaratilgan DNKni qo‘shganliklarini e’lon qilishdi. Jamoa o'zining yangi organizmiga JCVI-syn1.0 yoki qisqacha "Sintetik" deb nom berdi. Bu organizm er yuzida kompyuter ota-onalaridan tashkil topgan birinchi o'z-o'zini ko'paytiruvchi tur edi. U olimlarga hujayradan boshlab hayot qanday ishlashini tushunishga yordam berish uchun yaratilgan. 

2016 yilda jamoa JCVI-syn3.0 ni yaratdi, bu oddiy hayotning boshqa ma'lum shakllariga qaraganda kamroq genlarga ega bo'lgan bir hujayrali organizm (JVCI-syn473 ning 1.0 geniga nisbatan atigi 901 gen). Biroq, organizm oldindan aytib bo'lmaydigan yo'llar bilan harakat qildi. U sog'lom hujayralarni ishlab chiqarish o'rniga, o'z-o'zini ko'paytirish jarayonida g'alati shakldagilarni yaratdi. Olimlar asl hujayradan juda ko'p genlarni, shu jumladan normal hujayra bo'linishi uchun mas'ul bo'lganlarni olib tashlaganliklarini tushunishdi. 

Buzg'unchi ta'sir

Massachusets texnologiya instituti (MIT) va Milliy standartlar va texnologiyalar instituti (NIST) biofiziklari iloji boricha kamroq genlarga ega sog‘lom organizmni topishga qaror qilgan holda, 3.0-yilda JCVI-syn2021 kodini remikslashdi. JCVI-syn3A deb nomlangan yangi variant. Ushbu yangi hujayrada atigi 500 ta gen bo'lsa ham, tadqiqotchilarning ishi tufayli u o'zini oddiy hujayra kabi tutadi. 

Olimlar hujayrani yanada chuqurlashtirish ustida ishlamoqda. 2021-yilda M. mycoides JCVI-syn3B nomi bilan maʼlum boʻlgan yangi sintetik organizm 300 kun davomida rivojlanib, uning turli sharoitlarda mutatsiyaga uchrashi mumkinligini koʻrsatdi. Biomuhandislar, shuningdek, yanada soddalashtirilgan organizm olimlarga hayotni eng oddiy darajada o'rganishga va kasalliklar qanday rivojlanishini tushunishga yordam berishiga optimistik qarashadi.

2022 yilda Illinoys universiteti Urbana-Champaign, JVCI va Germaniyadagi Technische Universität Drezden olimlari jamoasi JCVI-syn3A kompyuter modelini yaratdilar. Ushbu model haqiqiy hayotdagi analogining o'sishi va molekulyar tuzilishini aniq bashorat qilishi mumkin edi. 2022 yil holatiga ko'ra, bu kompyuter simulyatsiya qilgan eng to'liq hujayrali model edi.

Ushbu simulyatsiyalar qimmatli ma'lumotlarni taqdim etishi mumkin. Ushbu ma'lumotlar hujayra tsiklidagi metabolizm, o'sish va genetik axborot jarayonlarini o'z ichiga oladi. Tahlil hayot tamoyillari va hujayralar energiyani qanday iste'mol qilishini, shu jumladan aminokislotalar, nukleotidlar va ionlarning faol tashishini tushunish imkonini beradi. Minimal hujayra tadqiqotlari o'sishda davom etar ekan, olimlar giyohvand moddalarni ishlab chiqish, kasalliklarni o'rganish va genetik terapiyani kashf qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan yaxshiroq sintetik biologiya tizimlarini yaratishi mumkin.

Sun'iy minimal hujayralarning oqibatlari

Sun'iy minimal hujayralar rivojlanishining kengroq oqibatlari quyidagilarni o'z ichiga olishi mumkin: 

• Tadqiqot uchun yaroqsiz, ammo ishlaydigan hayot tizimlarini yaratish uchun ko'proq global hamkorlik.
• Qon hujayralari va oqsillar kabi biologik tuzilmalarni xaritalash uchun mashinani o'rganish va kompyuterni modellashtirishdan foydalanish ortdi.
• Ilg'or sintetik biologiya va mashina-organizm duragaylari, shu jumladan chip-on-a-chip va jonli robotlar. Biroq, bu tajribalar ba'zi olimlardan axloqiy shikoyatlarni qabul qilishi mumkin.
• Ba'zi biotexnologiya va biofarma firmalari dori va terapiya ishlanmalarini tezlashtirish uchun sintetik biologiya tashabbuslariga katta miqdorda sarmoya kiritadilar.
• Olimlar genlar va ularni qanday boshqarish mumkinligi haqida ko'proq ma'lumotga ega bo'lganligi sababli, genetik tahrirlashda innovatsiyalar va kashfiyotlar ortdi.
• Axloqiy amaliyotlarni ta'minlash, ilmiy yaxlitlik va jamoatchilik ishonchini himoya qilish uchun biotexnologik tadqiqotlar bo'yicha kengaytirilgan qoidalar.
• Sintetik biologiya va sun'iy hayot shakllariga yo'naltirilgan yangi o'quv va o'quv dasturlarining paydo bo'lishi, olimlarning keyingi avlodini maxsus ko'nikmalar bilan qurollantirish.
• Sog'liqni saqlash strategiyasini moslashtirilgan davolash va diagnostika uchun sun'iy hujayralar va sintetik biologiyadan foydalangan holda shaxsiylashtirilgan tibbiyotga o'tkazish.

Ko'rib chiqilishi kerak bo'lgan savollar

• Agar siz sintetik biologiya sohasida ishlayotgan bo'lsangiz, minimal hujayralarning boshqa afzalliklari qanday?
• Sintetik biologiyani rivojlantirish uchun tashkilotlar va muassasalar qanday hamkorlik qilishlari mumkin?