سنتز سریعتر ژن: DNA مصنوعی ممکن است کلید مراقبت های بهداشتی بهتر باشد

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• ژانویه 16، 2023

خلاصه بینش

سنتز شیمیایی DNA و ترکیب آن در ژن‌ها، مدارها و حتی کل ژنوم، زیست‌شناسی مولکولی را متحول کرده است. این تکنیک ها امکان طراحی، ساخت، آزمایش، درس گرفتن از اشتباهات و تکرار چرخه را تا رسیدن به نتیجه مطلوب فراهم کرده است. این رویکرد در قلب نوآوری زیست شناسی مصنوعی قرار دارد. 

زمینه سنتز ژن سریعتر

سنتز کد ژنتیکی دیجیتال را به DNA مولکولی تبدیل می کند تا محققان بتوانند مقادیر زیادی از مواد ژنتیکی را ایجاد و تولید کنند. داده های DNA موجود به لطف فناوری های نسل بعدی توالی یابی (NGS) گسترش یافته است. این توسعه منجر به افزایش پایگاه‌های اطلاعاتی بیولوژیکی حاوی توالی‌های DNA از هر موجود زنده و محیطی شده است. به دلیل کارایی بیشتر در نرم افزار بیوانفورماتیک، اکنون محققان می توانند این توالی ها را راحت تر استخراج، تجزیه و تحلیل و اصلاح کنند.

هر چه دانشمندان اطلاعات بیولوژیکی بیشتری از "درخت زندگی" (شبکه ژنوم ها) داشته باشند، بهتر درک می کنند که موجودات زنده چگونه از نظر ژنتیکی به هم مرتبط هستند. توالی یابی نسل بعدی به ما در درک بهتر بیماری ها، میکروبیوم و تنوع ژنتیکی موجودات کمک کرده است. این رونق توالی رشته های علمی جدید، مانند مهندسی متابولیک و زیست شناسی مصنوعی را نیز قادر می سازد تا رشد کنند. دسترسی به این اطلاعات نه تنها تشخیص و درمان های فعلی را بهبود می بخشد، بلکه راه را برای پیشرفت های پزشکی جدید هموار می کند که تأثیر پایداری بر سلامت انسان خواهد داشت. 

علاوه بر این، زیست شناسی مصنوعی این پتانسیل را دارد که بر بسیاری از زمینه ها مانند ایجاد داروها، مواد و فرآیندهای ساخت جدید تأثیر بگذارد. به طور خاص، سنتز ژن یکی از فناوری‌های امیدوارکننده‌ای است که به ساخت و تغییر توالی‌های ژنتیکی خیلی سریع کمک می‌کند و منجر به کشف عملکردهای بیولوژیکی جدید می‌شود. برای مثال، زیست‌شناسان اغلب ژن‌ها را برای آزمایش فرضیه‌های ژنتیکی یا دادن ویژگی‌ها یا قابلیت‌های منحصربه‌فرد به ارگانیسم‌های نمونه منتقل می‌کنند.

تاثیر مخرب

توالی های DNA کوتاه سنتز شده شیمیایی ضروری هستند زیرا همه کاره هستند. آنها را می توان در آزمایشگاه های تحقیقاتی، بیمارستان ها و صنعت استفاده کرد. به عنوان مثال، آنها برای شناسایی ویروس COVID-19 مورد استفاده قرار گرفتند. فسفورامیدیت ها بلوک های سازنده ضروری در تولید توالی DNA هستند، اما ناپایدار هستند و به سرعت می شکنند.

در سال 2021، دانشمند الکساندر ساندال یک راه ثبت اختراع جدید برای تولید سریع و کارآمد این بلوک‌های ساختمانی برای تولید DNA ایجاد کرد و به طور قابل توجهی سرعت فرآیند را قبل از تجزیه این اجزا افزایش داد. توالی های DNA الیگونوکلئوتید نامیده می شوند که به طور گسترده برای شناسایی بیماری ها، تولید داروها و سایر کاربردهای پزشکی و بیوتکنولوژیکی استفاده می شود. 

یکی از شرکت های پیشرو بیوتکنولوژی متخصص در تولید DNA مصنوعی، تویست بیوساینس مستقر در ایالات متحده است. این شرکت اولیگونوکلئوتیدها را برای ایجاد ژن به یکدیگر متصل می کند. قیمت الیگوها و همچنین زمان تولید آنها در حال کاهش است. از سال 2022، هزینه ایجاد جفت بازهای DNA تنها XNUMX سنت است. 

DNA مصنوعی Twist را می توان به صورت آنلاین سفارش داد و ظرف چند روز به آزمایشگاه فرستاد، پس از آن برای ایجاد مولکول های هدف، که بلوک های سازنده مواد غذایی جدید، کودها، محصولات صنعتی و دارو هستند، استفاده می شود. Ginkgo Bioworks، یک شرکت مهندسی سلولی با ارزش 25 میلیارد دلار، یکی از مشتریان اصلی توئیست است. در همین حال، در سال 2022، Twist دو کنترل کننده DNA مصنوعی را برای ویروس آبله میمون انسانی راه اندازی کرد تا به محققان در توسعه واکسن ها و درمان کمک کند. 

پیامدهای سنتز سریعتر ژن

پیامدهای گسترده تر سنتز سریعتر ژن ممکن است شامل موارد زیر باشد: 

• شناسایی سریع ویروس‌هایی که باعث بیماری‌های همه‌گیر و همه‌گیر می‌شوند، که منجر به توسعه به موقع واکسن‌ها می‌شود.
• بیوتکنولوژی‌ها و استارت‌آپ‌های بیشتری با مشارکت شرکت‌های بیوفارما بر فناوری‌های سنتز ژن تمرکز می‌کنند.
• دولت‌ها در حال رقابت برای سرمایه‌گذاری در آزمایشگاه‌های DNA مصنوعی مربوطه خود برای توسعه دارو و مواد صنعتی هستند.
• کاهش هزینه DNA مصنوعی که منجر به دموکراتیک شدن تحقیقات ژنتیکی می شود. این روند همچنین می تواند منجر به بیوهکرهای بیشتری شود که می خواهند روی خود آزمایش کنند.
• افزایش تحقیقات ژنتیکی که منجر به پیشرفت‌های سریع‌تر در فناوری‌های ویرایش ژن و درمان، مانند CRISPR/Cas9 می‌شود.

سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

• مزایای دیگر تولید انبوه DNA مصنوعی چیست؟
• چگونه دولت ها باید این بخش را تنظیم کنند تا اخلاقی باقی بماند؟