Nopeampi geenisynteesi: Synteettinen DNA saattaa olla avain parempaan terveydenhuoltoon

• Kirjoittaja:
• tekijän nimi

  Quantumrun Foresight
• Tammikuu 16, 2023

Havainnon yhteenveto

DNA:n kemiallinen synteesi ja sen kokoaminen geeneiksi, piireiksi ja jopa kokonaisiksi genomeiksi ovat mullistaneet molekyylibiologian. Nämä tekniikat ovat tehneet mahdolliseksi suunnitella, rakentaa, testata, oppia virheistä ja toistaa sykliä, kunnes haluttu tulos on saavutettu. Tämä lähestymistapa on synteettisen biologian innovaation ytimessä. 

Nopeampi geenisynteesikonteksti

Synteesi muuttaa digitaalisen geneettisen koodin molekyyli-DNA:ksi, jotta tutkijat voivat luoda ja tuottaa suuria määriä geneettistä materiaalia. Käytettävissä oleva DNA-tieto on laajentunut seuraavan sukupolven sekvensointitekniikoiden (NGS) ansiosta. Tämä kehitys on johtanut sellaisten biologisten tietokantojen lisääntymiseen, jotka sisältävät DNA-sekvenssejä jokaisesta organismista ja ympäristöstä. Tutkijat voivat nyt poimia, analysoida ja muokata näitä sekvenssejä helpommin bioinformatiikan ohjelmistojen tehokkaamman tehokkuuden ansiosta.

Mitä enemmän biologista tietoa tiedemiehillä on "elämän puusta" (genomiverkostosta), sitä paremmin he ymmärtävät, kuinka elävät asiat liittyvät geneettisesti toisiinsa. Seuraavan sukupolven sekvensointi on auttanut meitä ymmärtämään paremmin sairauksia, mikrobiomia ja organismien geneettistä monimuotoisuutta. Tämä sekvenssibuumi mahdollistaa myös uusien tieteenalojen, kuten aineenvaihduntatekniikan ja synteettisen biologian, kasvun. Näiden tietojen saatavuus ei ainoastaan ​​paranna nykyistä diagnostiikkaa ja terapiaa, vaan myös tasoittaa tietä uusille lääketieteellisille läpimurroille, joilla on pysyvä vaikutus ihmisten terveyteen. 

Lisäksi synteettisellä biologialla on potentiaalia vaikuttaa moniin alueisiin, kuten uusien lääkkeiden, materiaalien ja valmistusprosessien luomiseen. Erityisesti geenisynteesi on yksi lupaavista teknologioista, jotka auttavat rakentamaan ja muuttamaan geneettisiä sekvenssejä erittäin nopeasti, mikä johtaa uusien biologisten toimintojen löytöihin. Esimerkiksi biologit usein siirtävät geenejä organismien välillä testatakseen geneettisiä hypoteeseja tai antaakseen näyteorganismeille ainutlaatuisia ominaisuuksia tai ominaisuuksia.

Häiritsevä vaikutus

Kemiallisesti syntetisoidut lyhyet DNA-sekvenssit ovat välttämättömiä, koska ne ovat monipuolisia. Niitä voidaan käyttää tutkimuslaboratorioissa, sairaaloissa ja teollisuudessa. Niitä käytettiin esimerkiksi COVID-19-viruksen tunnistamiseen. Fosforamidiitit ovat välttämättömiä rakennuspalikoita DNA-sekvenssien tuotannossa, mutta ne ovat epävakaita ja hajoavat nopeasti.

Vuonna 2021 tiedemies Alexander Sandahl kehitti uuden patentoidun tavan valmistaa nopeasti ja tehokkaasti näitä DNA-tuotantoon tarkoitettuja rakennuspalikoita, mikä nopeuttaa merkittävästi prosessia ennen kuin nämä komponentit hajoavat. DNA-sekvenssejä kutsutaan oligonukleotideiksi, joita käytetään laajalti sairauksien tunnistamiseen, lääkkeiden valmistukseen ja muihin lääketieteellisiin ja bioteknisiin sovelluksiin. 

Yksi johtavista synteettisen DNA:n valmistukseen erikoistuneista bioteknologiayrityksistä on yhdysvaltalainen Twist Bioscience. Yritys linkittää oligonukleotidit yhteen geenien luomiseksi. Oligojen hinta laskee, samoin kuin niiden valmistamiseen kuluva aika. Vuodesta 2022 lähtien DNA-emäsparien kehittämiskustannukset ovat vain yhdeksän senttiä. 

Twistin synteettistä DNA:ta voi tilata verkosta ja lähettää laboratorioon muutamassa päivässä, minkä jälkeen siitä luodaan kohdemolekyylejä, jotka ovat uusien elintarvikkeiden, lannoitteiden, teollisuustuotteiden ja lääkkeiden rakennuspalikoita. Ginkgo Bioworks, solusuunnitteluyritys, jonka arvo on 25 miljardia dollaria, on yksi Twistin suurimmista asiakkaista. Sillä välin vuonna 2022 Twist lanseerasi kaksi synteettistä DNA-kontrollia ihmisen apinarokkovirukselle auttaakseen tutkijoita kehittämään rokotteita ja hoitoja. 

Nopeamman geenisynteesin vaikutukset

Nopeamman geenisynteesin laajempia vaikutuksia voivat olla: 

• Pandemioita ja epidemioita aiheuttavien virusten nopeutettu tunnistaminen, mikä johtaa rokotteiden oikea-aikaisempaan kehittämiseen.
• Lisää bioteknologioita ja startuppeja, jotka keskittyvät geenisynteesiteknologioihin yhteistyössä biolääkeyritysten kanssa.
• Hallitukset kilpailevat investoidakseen omiin synteettisiin DNA-laboratorioihinsa kehittääkseen lääkkeitä ja teollisia materiaaleja.
• Synteettisen DNA:n kustannukset alenevat, mikä johtaa geenitutkimuksen demokratisoitumiseen. Tämä suuntaus voi myös johtaa siihen, että enemmän biohakkereita, jotka haluavat kokeilla itse.
• Lisääntynyt geenitutkimus, joka johtaa nopeampaan kehitykseen geenien muokkaus- ja hoitotekniikoissa, kuten CRISPR/Cas9.

Pohdittavia kysymyksiä

• Mitä muita synteettisen DNA:n massatuotannon etuja on?
• Miten hallitusten tulisi säännellä tätä alaa, jotta se pysyy eettisenä?