Kiirem geenisüntees: sünteetiline DNA võib olla parema tervishoiu võti

• Autor:
• autori nimi

  Quantumrun Foresight
• Jaanuar 16, 2023

Ülevaate kokkuvõte

DNA keemiline süntees ja selle kokkupanek geenideks, ahelateks ja isegi terveteks genoomideks on muutnud molekulaarbioloogia pöörde. Need tehnikad on võimaldanud projekteerida, ehitada, katsetada, õppida vigadest ja korrata tsüklit kuni soovitud tulemuse saavutamiseni. See lähenemine on sünteetilise bioloogia innovatsiooni keskmes. 

Kiirem geenisünteesi kontekst

Süntees muudab digitaalse geneetilise koodi molekulaarseks DNA-ks, et teadlased saaksid luua ja toota suures koguses geneetilist materjali. Saadaolevad DNA-andmed on laienenud tänu järgmise põlvkonna järjestustehnoloogiatele (NGS). See areng on toonud kaasa iga organismi ja keskkonna DNA järjestusi sisaldavate bioloogiliste andmebaaside arvu suurenemise. Teadlased saavad nüüd bioinformaatika tarkvara suurema tõhususe tõttu neid järjestusi hõlpsamini ekstraheerida, analüüsida ja muuta.

Mida rohkem on teadlastel bioloogilist teavet "elupuust" (genoomide võrgustikust), seda paremini mõistavad nad, kuidas elusolendid on geneetiliselt seotud. Järgmise põlvkonna sekveneerimine on aidanud meil paremini mõista haigusi, mikrobioomi ja organismide geneetilist mitmekesisust. See järjestuste buum võimaldab areneda ka uutel teadusharudel, nagu metaboolne inseneriteadus ja sünteetiline bioloogia. Juurdepääs sellele teabele mitte ainult ei paranda praegust diagnostikat ja ravi, vaid sillutab teed ka uutele meditsiinilistele läbimurretele, millel on püsiv mõju inimeste tervisele. 

Lisaks võib sünteetiline bioloogia mõjutada paljusid valdkondi, näiteks uute ravimite, materjalide ja tootmisprotsesside loomist. Eelkõige on geenisüntees üks paljutõotav tehnoloogia, mis aitab väga kiiresti üles ehitada ja muuta geneetilisi järjestusi, mis viib uute bioloogiliste funktsioonide avastamiseni. Näiteks bioloogid kannavad sageli geene üle organismide vahel, et testida geneetilisi hüpoteese või anda prooviorganismidele ainulaadseid tunnuseid või võimeid.

Häiriv mõju

Keemiliselt sünteesitud lühikesed DNA järjestused on olulised, kuna need on mitmekülgsed. Neid saab kasutada uurimislaborites, haiglates ja tööstuses. Näiteks kasutati neid COVID-19 viiruse tuvastamiseks. Fosforamidiidid on DNA järjestuste tootmisel vajalikud ehitusplokid, kuid need on ebastabiilsed ja purunevad kiiresti.

2021. aastal töötas teadlane Alexander Sandahl välja uue patenteeritud viisi nende DNA tootmise ehitusplokkide kiireks ja tõhusaks valmistamiseks, kiirendades oluliselt protsessi enne nende komponentide lagunemist. DNA järjestusi nimetatakse oligonukleotiidideks, mida kasutatakse laialdaselt haiguste tuvastamiseks, ravimite tootmiseks ja muudeks meditsiinilisteks ja biotehnoloogilisteks rakendusteks. 

Üks juhtivaid sünteetilise DNA tootmisele spetsialiseerunud biotehnoloogiaettevõtteid on USA-s asuv Twist Bioscience. Ettevõte seob oligonukleotiide omavahel geenide loomiseks. Oligode hind langeb, nagu ka nende valmistamiseks kuluv aeg. 2022. aasta seisuga on DNA aluspaaride väljatöötamise hind vaid üheksa senti. 

Twisti sünteetilist DNA-d saab veebist tellida ja mõne päevaga laborisse saata, seejärel kasutatakse seda sihtmolekulide loomiseks, mis on uute toiduainete, väetiste, tööstustoodete ja ravimite ehitusplokid. Ginkgo Bioworks, rakutehnoloogia ettevõte, mille väärtus on 25 miljardit USA dollarit, on üks Twisti suurematest klientidest. Samal ajal, 2022. aastal, tõi Twist välja kaks sünteetilist DNA kontrolli inimese ahvirõugete viiruse jaoks, et aidata teadlastel vaktsiine ja ravimeetodeid välja töötada. 

Kiirema geenisünteesi tagajärjed

Kiirema geenisünteesi laiemad tagajärjed võivad hõlmata järgmist: 

• Pandeemiaid ja epideemiaid põhjustavate viiruste kiirendatud tuvastamine, mis viib vaktsiinide õigeaegsema väljatöötamiseni.
• Rohkem biotehnoloogiaid ja idufirmasid, kes keskenduvad koostöös biofarmaatsiaettevõtetega geenisünteesi tehnoloogiatele.
• Valitsused püüavad investeerida oma vastavatesse sünteetilise DNA laboritesse, et arendada ravimeid ja tööstuslikke materjale.
• Sünteetilise DNA maksumus väheneb, mis viib geeniuuringute demokratiseerumiseni. See trend võib kaasa tuua ka rohkem biohäkkereid, kes soovivad enda peal katsetada.
• Suurenenud geeniuuringud, mille tulemuseks on geenide redigeerimise ja teraapia tehnoloogiate (nt CRISPR/Cas9) kiirem areng.

Küsimused, mida kaaluda

• Millised muud eelised on sünteetilise DNA masstootmisel?
• Kuidas peaksid valitsused seda sektorit reguleerima, et see jääks eetiliseks?