Kunstige minimale celler: Skaper nok liv for medisinsk forskning

• Forfatter:
• forfatternavn

  Quantumrun Foresight
• Desember 23, 2022

Oppsummering av innsikt

Forskere har undersøkt det essensielle i livet og redusert genomer for å skape minimale celler, og avslører kjernefunksjonene som er nødvendige for liv. Denne innsatsen har ført til uventede oppdagelser og utfordringer, for eksempel uregelmessige celleformer, noe som har ført til ytterligere foredling og forståelse av genetiske essensielle. Denne forskningen baner vei for fremskritt innen syntetisk biologi, med potensielle anvendelser innen medikamentutvikling, sykdomsstudier og personlig medisin.

Kunstig minimalcellekontekst

Kunstige minimale celler eller genomminimering er en praktisk syntetisk biologisk tilnærming for å forstå hvordan interaksjoner mellom essensielle gener gir opphav til vitale fysiologiske prosesser. Genomminimering brukte en design-build-test-lear-metode som var avhengig av evaluering og kombinasjon av modulære genomiske segmenter og informasjon fra transposonmutagenese (prosessen med å overføre gener fra en vert til en annen) for å hjelpe til med å veilede genslettinger. Denne metoden reduserte skjevhet når de fant essensielle gener og ga forskerne verktøyene til å endre, gjenoppbygge og studere genomet og hva det gjør.

I 2010 kunngjorde forskere ved det USA-baserte J. Craig Venter Institute (JVCI) at de med hell hadde eliminert DNA fra bakterien Mycoplasma capricolum og erstattet det med datagenerert DNA basert på en annen bakterie, Mycoplasma mycoides. Teamet kalte deres nye organisme JCVI-syn1.0, eller "Synthetic", for kort. Denne organismen var den første selvreplikerende arten på jorden som besto av dataforeldre. Den ble laget for å hjelpe forskere å forstå hvordan livet fungerte, fra cellene oppover. 

I 2016 skapte teamet JCVI-syn3.0, en encellet organisme med færre gener enn noen annen kjent form for enkelt liv (bare 473 gener sammenlignet med JVCI-syn1.0s 901 gener). Imidlertid handlet organismen på uforutsigbare måter. I stedet for å produsere sunne celler, skapte det merkelig formede celler under selvreplikasjon. Forskere innså at de hadde fjernet for mange gener fra den opprinnelige cellen, inkludert de som var ansvarlige for normal celledeling. 

Forstyrrende påvirkning

Fast bestemt på å finne en sunn organisme med færrest mulig gener, remikset biofysikere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) og National Institute of Standards and Technology (NIST) JCVI-syn3.0-koden i 2021. De var i stand til å lage en ny variant kalt JCVI-syn3A. Selv om denne nye cellen bare har 500 gener, oppfører den seg mer som en vanlig celle takket være forskernes arbeid. 

Forskere jobber med å fjerne cellen ytterligere. I 2021 utviklet en ny syntetisk organisme kjent som M. mycoides JCVI-syn3B i 300 dager, noe som viser at den kan mutere under forskjellige omstendigheter. Bioingeniører er også optimistiske om at en mer strømlinjeformet organisme kan hjelpe forskere med å studere livet på sitt mest grunnleggende nivå og forstå hvordan sykdommer utvikler seg.

I 2022 laget et team av forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign, JVCI og Tyskland-baserte Technische Universität Dresden en datamodell av JCVI-syn3A. Denne modellen kunne nøyaktig forutsi den virkelige analogens vekst og molekylære struktur. Fra 2022 var det den mest komplette helcellemodellen som en datamaskin har simulert.

Disse simuleringene kan gi verdifull informasjon. Disse dataene inkluderer metabolisme, vekst og genetiske informasjonsprosesser over en cellesyklus. Analysen gir innsikt i livsprinsippene og hvordan celler forbruker energi, inkludert aktiv transport av aminosyrer, nukleotider og ioner. Ettersom minimal celleforskning fortsetter å vokse, kan forskere lage bedre syntetiske biologiske systemer som kan brukes til å utvikle medisiner, studere sykdommer og oppdage genetiske terapier.

Implikasjoner av kunstige minimale celler

Større implikasjoner av utviklingen av kunstige minimale celler kan omfatte: 

• Flere globale samarbeid for å skape nedkledde, men fungerende livssystemer for forskning.
• Økt bruk av maskinlæring og datamodellering for å kartlegge biologiske strukturer, som blodceller og proteiner.
• Avanserte syntetisk biologi og maskin-organisme-hybrider, inkludert kropp-på-en-brikke og levende roboter. Imidlertid kan disse eksperimentene motta etiske klager fra noen forskere.
• Noen bioteknologi- og biofarmafirmaer investerer tungt i syntetisk biologi-initiativer for å fremskynde utviklingen av legemidler og terapi.
• Økt innovasjon og oppdagelser innen genetisk redigering ettersom forskere lærer mer om gener og hvordan de kan manipuleres.
• Forbedret regelverk for bioteknologisk forskning for å sikre etisk praksis, ivareta både vitenskapelig integritet og offentlig tillit.
• Fremveksten av nye utdannings- og treningsprogrammer fokusert på syntetisk biologi og kunstige livsformer, som utstyrer neste generasjon av forskere med spesialiserte ferdigheter.
• Skift i helsestrategier mot personlig tilpasset medisin, bruk av kunstige celler og syntetisk biologi for skreddersydde behandlinger og diagnostikk.

Spørsmål å vurdere

• Hvis du jobber innen syntetisk biologi, hva er de andre fordelene med minimale celler?
• Hvordan kan organisasjoner og institusjoner samarbeide for å fremme syntetisk biologi?