Molekuly na vyžádání: Katalog snadno dostupných molekul

• Autor:
• jméno autora

  Quantumrun Foresight
• 22. prosince 2022

Shrnutí statistik

Syntetická biologie je nově vznikající věda o živé přírodě, která aplikuje inženýrské principy na biologii za účelem vytvoření nových částí a systémů. Při objevování léků má syntetická biologie potenciál způsobit revoluci v léčbě tím, že vytváří molekuly na vyžádání. Dlouhodobé důsledky těchto molekul by mohly zahrnovat použití umělé inteligence k urychlení procesu tvorby a velké investice biofarmak do tohoto vznikajícího trhu.

Kontext molekul na vyžádání

Metabolické inženýrství umožňuje vědcům používat upravené buňky k vytváření nových a udržitelných molekul, jako jsou obnovitelná biopaliva nebo léky proti rakovině. Díky mnoha možnostem, které metabolické inženýrství nabízí, byla Světovým ekonomickým fórem v roce 2016 považována za jednu z „Top Ten Emerging Technologies“. Kromě toho se očekává, že industrializovaná biologie pomůže vyvinout obnovitelné bioprodukty a materiály, zlepšit plodiny a umožnit nové biomedicínské aplikace.

Primárním cílem syntetické nebo laboratorně vytvořené biologie je využití inženýrských principů ke zlepšení genetického a metabolického inženýrství. Syntetická biologie také zahrnuje nemetabolické úkoly, jako jsou genetické modifikace, které eliminují komáry přenášející malárii, nebo upravené mikrobiomy, které by mohly potenciálně nahradit chemická hnojiva. Tato disciplína se rychle rozvíjí, podporovaná pokroky ve vysoce výkonném fenotypování (proces hodnocení genetické výbavy nebo vlastností), urychlením sekvenování a syntézy DNA a genetickými úpravami s podporou CRISPR.

Jak se tyto technologie rozvíjejí, rostou i schopnosti výzkumníků vytvářet molekuly a mikroby na vyžádání pro všechny druhy výzkumu. Zejména strojové učení (ML) je účinným nástrojem, který dokáže urychlit tvorbu syntetických molekul tím, že předpovídá, jak se bude biologický systém chovat. Pochopením vzorů v experimentálních datech může ML poskytovat předpovědi, aniž by bylo nutné intenzivně chápat, jak to funguje.

Rušivý dopad

Molekuly na vyžádání vykazují největší potenciál při objevování léků. Cíl léčiva je molekula na bázi proteinu, která hraje roli ve způsobování symptomů onemocnění. Léky působí na tyto molekuly a mění nebo zastavují funkce, které vedou k symptomům onemocnění. K nalezení potenciálních léků vědci často používají reverzní metodu, která studuje známou reakci, aby určila, které molekuly se účastní této funkce. Tato technika se nazývá cílová dekonvoluce. Vyžaduje komplexní chemické a mikrobiologické studie, aby bylo možné přesně určit, která molekula plní požadovanou funkci.

Syntetická biologie při objevování léků umožňuje vědcům navrhovat nové nástroje pro zkoumání mechanismů onemocnění na molekulární úrovni. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je navrhnout syntetické obvody, což jsou živé systémy, které mohou poskytnout vhled do toho, které procesy probíhají na buněčné úrovni. Tyto syntetické biologické přístupy k objevování léků, známé jako těžba genomu, způsobily revoluci v medicíně.

Příkladem společnosti poskytující molekuly na vyžádání je francouzská GreenPharma. Podle webu společnosti Greenpharma vyrábí chemikálie pro farmaceutický, kosmetický, zemědělský a jemný chemický průmysl za dostupnou cenu. Vyrábí vlastní syntetické molekuly na úrovni gramů až miligramů. Firma poskytuje každému klientovi určeného projektového manažera (Ph.D.) a pravidelné intervaly podávání zpráv. Další firmou zabývající se biologickými vědami, která nabízí tuto službu, je kanadská společnost OTAVAChemicals, která má sbírku 12 miliard dostupných molekul na vyžádání založených na třiceti tisících stavebních bloků a 44 vlastních reakcích. 

Důsledky molekul na vyžádání

Širší důsledky molekul na vyžádání mohou zahrnovat: 

• Společnost zabývající se biologickými vědami investuje do umělé inteligence a ML, aby odhalila nové molekuly a chemické složky, které přidá do svých databází.
• K dalšímu zkoumání a vývoji produktů a nástrojů potřebovalo více společností, které mají snazší přístup k molekulám. 
• Někteří vědci volají po předpisech nebo normách, které by zajistily, že firmy nebudou používat některé molekuly pro nelegální výzkum a vývoj.
• Biofarmaceutické firmy intenzivně investují do svých výzkumných laboratoří, aby umožnily na vyžádání a mikrobní inženýrství jako službu pro další biotechnologické firmy a výzkumné organizace.
• Syntetická biologie umožňující vývoj živých robotů a nanočástic, které mohou provádět operace a poskytovat genetické terapie.
• Větší závislost na virtuálních tržištích pro dodávky chemikálií, která podnikům umožňuje rychle získávat a získávat specifické molekuly, zvyšuje jejich provozní efektivitu a zkracuje dobu uvedení nových produktů na trh.
• Vlády přijímající politiky pro řízení etických důsledků a bezpečnostních problémů syntetické biologie, zejména v souvislosti s vývojem živých robotů a nanočástic pro lékařské aplikace.
• Vzdělávací instituce revidují osnovy tak, aby zahrnovaly pokročilejší témata syntetické biologie a molekulárních věd, a připravují další generaci vědců na nové výzvy a příležitosti v těchto oblastech.

Otázky k zamyšlení

• Jaké jsou další potenciální případy použití molekul na vyžádání?
• Jak jinak může tato služba změnit vědecký výzkum a vývoj?