lượng tử

TÍN DỤNG HÌNH ẢNH:

iStock

Tổng hợp gen nhanh hơn: DNA tổng hợp có thể là chìa khóa để chăm sóc sức khỏe tốt hơn

Các nhà khoa học đang đẩy nhanh quá trình sản xuất gen nhân tạo để nhanh chóng phát triển các loại thuốc và giải quyết các cuộc khủng hoảng sức khỏe toàn cầu.

tác giả:
tên tác giả
Tầm nhìn lượng tử
16 Tháng một, 2023

Tóm tắt thông tin chi tiết

Sự tổng hợp hóa học của DNA và sự lắp ráp của nó thành gen, mạch và thậm chí toàn bộ bộ gen đã cách mạng hóa sinh học phân tử. Những kỹ thuật này giúp thiết kế, xây dựng, thử nghiệm, học hỏi từ những sai lầm và lặp lại chu trình cho đến khi đạt được kết quả mong muốn. Cách tiếp cận này là trung tâm của đổi mới sinh học tổng hợp.

Bối cảnh tổng hợp gen nhanh hơn

Quá trình tổng hợp biến mã di truyền kỹ thuật số thành DNA phân tử để các nhà nghiên cứu có thể tạo và sản xuất số lượng lớn vật liệu di truyền. Dữ liệu DNA có sẵn đã được mở rộng nhờ các công nghệ giải trình tự thế hệ tiếp theo (NGS). Sự phát triển này đã dẫn đến sự gia tăng cơ sở dữ liệu sinh học chứa các chuỗi DNA từ mọi sinh vật và môi trường. Giờ đây, các nhà nghiên cứu có thể trích xuất, phân tích và sửa đổi các trình tự này dễ dàng hơn nhờ hiệu quả cao hơn trong phần mềm tin sinh học.

Các nhà khoa học càng có nhiều thông tin sinh học từ "cây sự sống" (mạng lưới các bộ gen), họ càng hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa các sinh vật sống về mặt di truyền. Giải trình tự thế hệ tiếp theo đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bệnh tật, hệ vi sinh vật và sự đa dạng di truyền của các sinh vật. Sự bùng nổ trình tự này cũng cho phép các ngành khoa học mới, chẳng hạn như kỹ thuật trao đổi chất và sinh học tổng hợp, phát triển. Truy cập thông tin này không chỉ cải thiện chẩn đoán và điều trị hiện tại mà còn mở đường cho những đột phá y học mới sẽ có tác động lâu dài đến sức khỏe con người.

Ngoài ra, sinh học tổng hợp có khả năng tác động đến nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như tạo ra các loại thuốc, vật liệu và quy trình sản xuất mới. Trong đó, tổng hợp gen là một trong những công nghệ triển vọng giúp xây dựng và thay đổi trình tự gen rất nhanh, dẫn đến khám phá ra các chức năng sinh học mới. Ví dụ, các nhà sinh học thường chuyển gen giữa các sinh vật để kiểm tra các giả thuyết di truyền hoặc cung cấp cho các sinh vật mẫu những đặc điểm hoặc khả năng độc đáo.

Tác động gián đoạn

Các chuỗi DNA ngắn được tổng hợp hóa học là rất cần thiết vì chúng rất linh hoạt. Chúng có thể được sử dụng trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu, bệnh viện và ngành công nghiệp. Ví dụ: chúng được sử dụng để xác định vi rút COVID-19. Phosphoramidites là những khối xây dựng cần thiết trong quá trình sản xuất chuỗi DNA, nhưng chúng không ổn định và bị phá vỡ nhanh chóng.

Vào năm 2021, nhà khoa học Alexander Sandahl đã phát triển một phương pháp mới đã được cấp bằng sáng chế để sản xuất nhanh chóng và hiệu quả các khối xây dựng này nhằm sản xuất DNA, đẩy nhanh đáng kể quá trình trước khi các thành phần này phân hủy. Các trình tự DNA được gọi là oligonucleotide, được sử dụng rộng rãi để xác định bệnh, sản xuất thuốc và các ứng dụng công nghệ sinh học và y tế khác.

Một trong những công ty công nghệ sinh học hàng đầu chuyên sản xuất DNA tổng hợp là Twist Bioscience có trụ sở tại Hoa Kỳ. Công ty liên kết các oligonucleotide với nhau để tạo ra gen. Giá của oligos đang giảm, cũng như thời gian cần thiết để tạo ra chúng. Kể từ năm 2022, chi phí để phát triển các cặp cơ sở DNA chỉ là XNUMX xu.

DNA tổng hợp của Twist có thể được đặt hàng trực tuyến và gửi đến phòng thí nghiệm trong vài ngày, sau đó nó được sử dụng để tạo ra các phân tử mục tiêu, là những khối xây dựng cho các mặt hàng thực phẩm, phân bón, sản phẩm công nghiệp và thuốc mới. Ginkgo Biowork, một công ty kỹ thuật tế bào trị giá 25 tỷ đô la Mỹ, là một trong những khách hàng lớn của Twist. Trong khi đó, vào năm 2022, Twist đã tung ra hai biện pháp kiểm soát DNA tổng hợp đối với vi rút thủy đậu ở người để giúp các nhà nghiên cứu phát triển vắc xin và phương pháp điều trị.

Ý nghĩa của việc tổng hợp gen nhanh hơn

Ý nghĩa rộng hơn của việc tổng hợp gen nhanh hơn có thể bao gồm:

Việc xác định nhanh chóng các loại vi-rút gây ra đại dịch và dịch bệnh, dẫn đến việc phát triển vắc-xin kịp thời hơn.
Nhiều công ty công nghệ sinh học và công ty khởi nghiệp tập trung vào công nghệ tổng hợp gen hợp tác với các công ty dược phẩm sinh học.
Các chính phủ đua nhau đầu tư vào các phòng thí nghiệm DNA tổng hợp tương ứng của họ để phát triển thuốc và vật liệu công nghiệp.
Chi phí DNA tổng hợp trở nên thấp hơn, dẫn đến dân chủ hóa nghiên cứu di truyền. Xu hướng này cũng có thể dẫn đến nhiều tin tặc sinh học muốn tự thử nghiệm.
Tăng cường nghiên cứu di truyền dẫn đến sự phát triển nhanh hơn trong các công nghệ chỉnh sửa và trị liệu gen, chẳng hạn như CRISPR/Cas9.