โมเลกุลตามความต้องการ: แคตตาล็อกของโมเลกุลที่พร้อมใช้งาน

เครดิตภาพ:
เครดิตภาพ
iStock

โมเลกุลตามความต้องการ: แคตตาล็อกของโมเลกุลที่พร้อมใช้งาน

โมเลกุลตามความต้องการ: แคตตาล็อกของโมเลกุลที่พร้อมใช้งาน

ข้อความหัวข้อย่อย
บริษัทด้านชีววิทยาศาสตร์ใช้ความก้าวหน้าทางชีววิทยาสังเคราะห์และพันธุวิศวกรรมเพื่อสร้างโมเลกุลใดๆ ตามต้องการ
    • เขียนโดย:
    • ชื่อผู้เขียน
      มองการณ์ไกลควอนตัมรัน
    • December 22, 2022

    สรุปข้อมูลเชิงลึก

    ชีววิทยาสังเคราะห์เป็นวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งนำหลักการทางวิศวกรรมมาใช้กับชีววิทยาเพื่อสร้างชิ้นส่วนและระบบใหม่ ในการค้นคว้ายา ชีววิทยาสังเคราะห์มีศักยภาพในการปฏิวัติการรักษาพยาบาลโดยการสร้างโมเลกุลตามความต้องการ ผลกระทบระยะยาวของโมเลกุลเหล่านี้อาจรวมถึงการใช้ปัญญาประดิษฐ์เพื่อเร่งกระบวนการสร้างและบริษัทชีวเภสัชภัณฑ์ที่ลงทุนอย่างมากในตลาดเกิดใหม่นี้

    บริบทของโมเลกุลตามความต้องการ

    วิศวกรรมเมตาบอลิกช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ใช้เซลล์ที่ได้รับการออกแบบเพื่อสร้างโมเลกุลใหม่และยั่งยืน เช่น เชื้อเพลิงชีวภาพที่นำกลับมาใช้ใหม่หรือยาป้องกันมะเร็ง ด้วยความเป็นไปได้มากมายที่วิศวกรรมเมแทบอลิซึมนำเสนอ จึงได้รับการพิจารณาให้เป็นหนึ่งใน "สิบอันดับแรกของเทคโนโลยีเกิดใหม่" โดย World Economic Forum ในปี 2016 นอกจากนี้ ชีววิทยาเชิงอุตสาหกรรมคาดว่าจะช่วยพัฒนาผลิตภัณฑ์และวัสดุชีวภาพที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ปรับปรุงพืชผล และเปิดใช้สิ่งใหม่ๆ การประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์

    เป้าหมายหลักของชีววิทยาสังเคราะห์หรือชีววิทยาที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการคือการใช้หลักการทางวิศวกรรมเพื่อปรับปรุงพันธุวิศวกรรมและเมตาบอลิซึม ชีววิทยาสังเคราะห์ยังเกี่ยวข้องกับงานที่ไม่ใช่เมตาบอลิซึม เช่น การดัดแปลงพันธุกรรมที่กำจัดยุงที่เป็นพาหะนำโรคมาลาเรีย หรือไมโครไบโอมเชิงวิศวกรรมที่อาจใช้แทนปุ๋ยเคมีได้ ระเบียบวินัยนี้มีการเติบโตอย่างรวดเร็วโดยได้รับการสนับสนุนจากความก้าวหน้าของฟีโนไทป์ความเร็วสูง (กระบวนการประเมินการแต่งหน้าหรือลักษณะทางพันธุกรรม) การเร่งความสามารถในการจัดลำดับดีเอ็นเอและการสังเคราะห์ และการตัดต่อพันธุกรรมที่เปิดใช้งาน CRISPR

    เมื่อเทคโนโลยีเหล่านี้ก้าวหน้า ความสามารถของนักวิจัยในการสร้างโมเลกุลและจุลินทรีย์ตามความต้องการสำหรับการวิจัยทุกประเภทก็เช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แมชชีนเลิร์นนิง (ML) เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพที่สามารถติดตามการสร้างโมเลกุลสังเคราะห์ได้อย่างรวดเร็วโดยการทำนายว่าระบบทางชีววิทยาจะทำงานอย่างไร ด้วยการทำความเข้าใจรูปแบบในข้อมูลการทดลอง ML สามารถคาดการณ์ได้โดยไม่ต้องมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับวิธีการทำงาน

    ผลกระทบก่อกวน

    โมเลกุลตามความต้องการแสดงศักยภาพมากที่สุดในการค้นพบยา เป้าหมายของยาคือโมเลกุลโปรตีนที่มีบทบาทในการทำให้เกิดอาการของโรค ยาออกฤทธิ์ต่อโมเลกุลเหล่านี้เพื่อเปลี่ยนหรือหยุดการทำงานที่นำไปสู่อาการของโรค ในการค้นหายาที่มีศักยภาพ นักวิทยาศาสตร์มักจะใช้วิธีย้อนกลับ ซึ่งศึกษาปฏิกิริยาที่ทราบเพื่อกำหนดว่าโมเลกุลใดเกี่ยวข้องกับการทำงานนั้น เทคนิคนี้เรียกว่า deconvolution เป้าหมาย จำเป็นต้องมีการศึกษาทางเคมีและจุลชีววิทยาที่ซับซ้อนเพื่อหาว่าโมเลกุลใดทำหน้าที่ตามที่ต้องการ

    ชีววิทยาสังเคราะห์ในการค้นพบยาช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบเครื่องมือใหม่ๆ เพื่อตรวจสอบกลไกของโรคในระดับโมเลกุล วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการออกแบบวงจรสังเคราะห์ ซึ่งเป็นระบบที่มีชีวิตที่สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกว่ากระบวนการใดที่เกิดขึ้นในระดับเซลล์ วิธีการทางชีววิทยาสังเคราะห์เหล่านี้ในการค้นพบยา หรือที่เรียกว่าการขุดจีโนม ได้ปฏิวัติการแพทย์

    ตัวอย่างของบริษัทที่ให้บริการโมเลกุลตามความต้องการคือ GreenPharma ซึ่งมีฐานอยู่ในฝรั่งเศส ตามเว็บไซต์ของบริษัท Greenpharma ผลิตสารเคมีสำหรับอุตสาหกรรมยา เครื่องสำอาง การเกษตร และเคมีชั้นดีในราคาที่เหมาะสม พวกเขาสร้างโมเลกุลการสังเคราะห์แบบกำหนดเองในระดับกรัมถึงมิลลิกรัม บริษัทจัดเตรียมผู้จัดการโครงการที่กำหนด (Ph.D.) ให้กับลูกค้าแต่ละรายและช่วงเวลาการรายงานปกติ บริษัทด้านชีววิทยาศาสตร์อีกแห่งที่ให้บริการนี้คือ OTAVAChemicals ซึ่งมีฐานอยู่ในแคนาดา ซึ่งมีโมเลกุลที่เข้าถึงได้ตามความต้องการถึง 12 พันล้านตัว โดยอ้างอิงจากโครงสร้าง 44 บล็อกและปฏิกิริยาภายใน XNUMX แบบ 

    ผลกระทบของโมเลกุลตามความต้องการ

    ความหมายที่กว้างขึ้นของโมเลกุลตามความต้องการอาจรวมถึง: 

    • บริษัทวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตลงทุนในปัญญาประดิษฐ์และ ML เพื่อค้นพบโมเลกุลและส่วนประกอบทางเคมีใหม่ๆ เพื่อเพิ่มลงในฐานข้อมูล
    • บริษัทจำนวนมากขึ้นสามารถเข้าถึงโมเลกุลที่จำเป็นในการสำรวจเพิ่มเติมและพัฒนาผลิตภัณฑ์และเครื่องมือต่างๆ ได้ง่ายขึ้น 
    • นักวิทยาศาสตร์บางคนเรียกร้องให้มีกฎระเบียบหรือมาตรฐานเพื่อให้แน่ใจว่าบริษัทต่างๆ ไม่ได้ใช้โมเลกุลบางชนิดเพื่อการวิจัยและพัฒนาที่ผิดกฎหมาย
    • บริษัท Biopharma ลงทุนอย่างหนักในห้องปฏิบัติการวิจัยของตนเพื่อให้วิศวกรรมจุลินทรีย์ตามความต้องการและวิศวกรรมจุลชีพเป็นบริการสำหรับบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพและองค์กรวิจัยอื่นๆ
    • ชีววิทยาสังเคราะห์ช่วยให้สามารถพัฒนาหุ่นยนต์ที่มีชีวิตและอนุภาคนาโนที่สามารถทำการผ่าตัดและให้การรักษาทางพันธุกรรมได้
    • เพิ่มการพึ่งพาตลาดเสมือนจริงสำหรับการจัดหาสารเคมี ช่วยให้ธุรกิจต่างๆ สามารถจัดหาและรับโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจงได้อย่างรวดเร็ว เพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงาน และลดเวลาในการนำออกสู่ตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่
    • รัฐบาลออกนโยบายเพื่อจัดการผลกระทบทางจริยธรรมและข้อกังวลด้านความปลอดภัยของชีววิทยาสังเคราะห์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของการพัฒนาหุ่นยนต์ที่มีชีวิตและอนุภาคนาโนสำหรับการใช้งานทางการแพทย์
    • สถาบันการศึกษาปรับปรุงหลักสูตรเพื่อรวมหัวข้อขั้นสูงเพิ่มเติมในชีววิทยาสังเคราะห์และวิทยาศาสตร์ระดับโมเลกุล เพื่อเตรียมนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไปให้พร้อมสำหรับความท้าทายและโอกาสที่เกิดขึ้นในสาขาเหล่านี้

    คำถามที่ต้องพิจารณา

    • กรณีการใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ ของโมเลกุลตามความต้องการมีอะไรบ้าง
    • บริการนี้อาจเปลี่ยนแปลงการวิจัยและพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างไร

    ข้อมูลอ้างอิงเชิงลึก

    ลิงก์ที่เป็นที่นิยมและลิงก์สถาบันต่อไปนี้ถูกอ้างอิงสำหรับข้อมูลเชิงลึกนี้: