Schnellere Gensynthese: Synthetische DNA könnte der Schlüssel zu einer besseren Gesundheitsversorgung sein

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  Quantumrun-Vorausschau
• 16. Januar 2023

Zusammenfassung der Einblicke

Die chemische Synthese von DNA und ihr Zusammenbau zu Genen, Schaltkreisen und sogar ganzen Genomen haben die Molekularbiologie revolutioniert. Diese Techniken haben es ermöglicht, zu entwerfen, zu bauen, zu testen, aus Fehlern zu lernen und den Zyklus zu wiederholen, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist. Dieser Ansatz ist das Herzstück der Innovation in der synthetischen Biologie. 

Kontext der schnelleren Gensynthese

Die Synthese wandelt den digitalen genetischen Code in molekulare DNA um, sodass Forscher große Mengen an genetischem Material herstellen und produzieren können. Die verfügbaren DNA-Daten haben sich dank Next-Generation-Sequencing-Technologien (NGS) erweitert. Diese Entwicklung hat zu einer Zunahme biologischer Datenbanken geführt, die DNA-Sequenzen aus allen Organismen und Umgebungen enthalten. Forscher können diese Sequenzen jetzt aufgrund der höheren Effizienz von Bioinformatik-Software einfacher extrahieren, analysieren und modifizieren.

Je mehr biologische Informationen Wissenschaftler vom "Baum des Lebens" (dem Netzwerk der Genome) haben, desto besser verstehen sie, wie Lebewesen genetisch miteinander verwandt sind. Die Sequenzierung der nächsten Generation hat uns geholfen, Krankheiten, das Mikrobiom und die genetische Vielfalt von Organismen besser zu verstehen. Dieser Sequenzboom lässt auch neue wissenschaftliche Disziplinen wie Metabolic Engineering und Synthetische Biologie wachsen. Der Zugang zu diesen Informationen verbessert nicht nur die derzeitige Diagnostik und Therapie, sondern ebnet auch den Weg für neue medizinische Durchbrüche, die sich nachhaltig auf die menschliche Gesundheit auswirken werden. 

Darüber hinaus hat die synthetische Biologie das Potenzial, viele Bereiche zu beeinflussen, wie z. B. die Entwicklung neuer Medikamente, Materialien und Herstellungsverfahren. Insbesondere die Gensynthese ist eine der vielversprechenden Technologien, die dazu beitragen, genetische Sequenzen sehr schnell aufzubauen und zu verändern, was zur Entdeckung neuer biologischer Funktionen führt. Beispielsweise übertragen Biologen häufig Gene zwischen Organismen, um genetische Hypothesen zu testen oder Probenorganismen einzigartige Eigenschaften oder Fähigkeiten zu verleihen.

Störende Wirkung

Chemisch synthetisierte kurze DNA-Sequenzen sind essentiell, weil sie vielseitig sind. Sie können in Forschungslabors, Krankenhäusern und in der Industrie eingesetzt werden. Sie wurden beispielsweise verwendet, um das COVID-19-Virus zu identifizieren. Phosphoramidite sind notwendige Bausteine ​​bei der Herstellung von DNA-Sequenzen, aber sie sind instabil und brechen schnell.

Im Jahr 2021 entwickelte der Wissenschaftler Alexander Sandahl eine neue patentierte Methode zur schnellen und effizienten Herstellung dieser Bausteine ​​für die DNA-Produktion, wodurch der Prozess erheblich beschleunigt wurde, bevor sich diese Komponenten auflösen. Die DNA-Sequenzen werden Oligonukleotide genannt, die weithin zur Identifizierung von Krankheiten, zur Herstellung von Arzneimitteln und für andere medizinische und biotechnologische Anwendungen verwendet werden. 

Eines der führenden Biotech-Unternehmen, das sich auf die Herstellung synthetischer DNA spezialisiert hat, ist Twist Bioscience mit Sitz in den USA. Das Unternehmen verknüpft Oligonukleotide miteinander, um Gene zu erzeugen. Der Preis für Oligos sinkt, ebenso wie die Zeit, die für ihre Herstellung benötigt wird. Ab 2022 betragen die Kosten für die Entwicklung von DNA-Basenpaaren nur noch neun Cent. 

Die synthetische DNA von Twist kann online bestellt und innerhalb weniger Tage an ein Labor geschickt werden, wonach sie zur Herstellung von Zielmolekülen verwendet wird, die die Bausteine ​​für neue Lebensmittel, Düngemittel, Industrieprodukte und Medikamente sind. Ginkgo Bioworks, ein Zellentwicklungsunternehmen im Wert von 25 Milliarden US-Dollar, ist einer der Hauptkunden von Twist. Unterdessen brachte Twist im Jahr 2022 zwei synthetische DNA-Kontrollen für das menschliche Affenpockenvirus auf den Markt, um Forscher bei der Entwicklung von Impfstoffen und Behandlungen zu unterstützen. 

Auswirkungen einer schnelleren Gensynthese

Weitere Auswirkungen einer schnelleren Gensynthese können sein: 

• Die beschleunigte Identifizierung von Viren, die Pandemien und Epidemien verursachen, was zu einer zeitnaheren Entwicklung von Impfstoffen führt.
• Mehr Biotechs und Startups, die sich auf Gensynthesetechnologien in Partnerschaft mit Biopharmaunternehmen konzentrieren.
• Regierungen drängen darauf, in ihre jeweiligen synthetischen DNA-Labore zu investieren, um Medikamente und Industriematerialien zu entwickeln.
• Die Kosten für synthetische DNA sinken, was zu einer Demokratisierung der Genforschung führt. Dieser Trend kann auch zu mehr Biohackern führen, die an sich selbst experimentieren wollen.
• Verstärkte Genforschung, die zu schnelleren Entwicklungen in der Genbearbeitung und Therapietechnologien wie CRISPR/Cas9 führt.

Fragen zu berücksichtigen

• Was sind die anderen Vorteile der Massenproduktion synthetischer DNA?
• Wie sollten Regierungen diesen Sektor regulieren, damit er ethisch bleibt?