По-бърз генен синтез: Синтетичната ДНК може да е ключът към по-доброто здравеопазване

• Автор:
• име Автор

  Quantumrun Foresight
• Януари 16, 2023

Резюме на прозрението

Химическият синтез на ДНК и нейното сглобяване в гени, вериги и дори цели геноми направи революция в молекулярната биология. Тези техники направиха възможно проектирането, изграждането, тестването, ученето от грешките и повтарянето на цикъла, докато се постигне желаният резултат. Този подход е в основата на иновациите в синтетичната биология. 

Контекст на по-бърз генен синтез

Синтезът превръща цифровия генетичен код в молекулярна ДНК, така че изследователите да могат да създават и произвеждат големи количества генетичен материал. Наличните ДНК данни се разшириха благодарение на технологиите за секвениране от следващо поколение (NGS). Това развитие доведе до увеличаване на биологичните бази данни, съдържащи ДНК последователности от всеки организъм и среда. Изследователите вече могат да извличат, анализират и модифицират тези последователности по-лесно поради по-голямата ефективност на софтуера за биоинформатика.

Колкото повече биологична информация имат учените от „дървото на живота“ (мрежата от геноми), толкова по-добре разбират как живите същества са свързани генетично. Секвенирането от следващо поколение ни помогна да разберем по-добре болестите, микробиома и генетичното разнообразие на организмите. Този бум на последователност също дава възможност за растеж на нови научни дисциплини, като метаболитно инженерство и синтетична биология. Достъпът до тази информация не само подобрява текущата диагностика и терапия, но също така проправя пътя за нови медицински пробиви, които ще имат трайно въздействие върху човешкото здраве. 

Освен това синтетичната биология има потенциала да повлияе на много области, като например създаването на нови лекарства, материали и производствени процеси. По-специално, генният синтез е една от обещаващите технологии, които помагат за изграждането и промяната на генетичните последователности много бързо, което води до открития на нови биологични функции. Например биолозите често прехвърлят гени между организми, за да тестват генетични хипотези или да дадат на пробни организми уникални черти или способности.

Разрушително въздействие

Химически синтезираните къси ДНК последователности са от съществено значение, защото са многостранни. Те могат да се използват в изследователски лаборатории, болници и промишленост. Например, те са били използвани за идентифициране на вируса COVID-19. Фосфорамидитите са необходими градивни елементи при производството на ДНК последователности, но те са нестабилни и се разпадат бързо.

През 2021 г. ученият Александър Сандал разработи нов патентован начин за бързо и ефикасно производство на тези градивни елементи за производство на ДНК, значително ускорявайки процеса, преди тези компоненти да се разпаднат. ДНК последователностите се наричат ​​олигонуклеотиди, широко използвани за идентифициране на заболявания, производство на лекарства и други медицински и биотехнологични приложения. 

Една от водещите биотехнологични фирми, специализирани в производството на синтетична ДНК, е базираната в САЩ Twist Bioscience. Компанията свързва олигонуклеотидите заедно, за да създаде гени. Цената на олигонуклеарите намалява, както и времето, необходимо за производството им. От 2022 г. цената за разработване на двойки ДНК бази е само девет цента. 

Синтетичната ДНК на Twist може да бъде поръчана онлайн и изпратена до лаборатория след дни, след което се използва за създаване на целеви молекули, които са градивните елементи за нови хранителни продукти, торове, индустриални продукти и лекарства. Ginkgo Bioworks, фирма за клетъчно инженерство, оценявана на 25 милиарда щатски долара, е един от основните клиенти на Twist. Междувременно през 2022 г. Twist пусна две синтетични ДНК контроли за вируса на човешката маймунска шарка, за да помогне на изследователите да разработят ваксини и лечения. 

Последици от по-бързия генен синтез

По-широките последици от по-бързия генен синтез могат да включват: 

• Ускореното идентифициране на вируси, причиняващи пандемии и епидемии, което води до по-навременно разработване на ваксини.
• Повече биотехнологии и стартиращи фирми, фокусирани върху технологиите за генен синтез в партньорство с биофармацевтични фирми.
• Правителствата се надпреварват да инвестират в съответните си лаборатории за синтетична ДНК за разработване на лекарства и промишлени материали.
• Цената на синтетичната ДНК става по-ниска, което води до демократизиране на генетичните изследвания. Тази тенденция може да доведе и до повече биохакери, които искат да експериментират върху себе си.
• Повишени генетични изследвания, водещи до по-бързо развитие на технологиите за редактиране на гени и терапия, като CRISPR/Cas9.

Въпроси за разглеждане

• Какви са другите предимства на масовото производство на синтетична ДНК?
• Как правителствата трябва да регулират този сектор, така че да остане етичен?