Syntetyczne życie poszukuje pracy

W wydaniu czasopisma z 15 maja 2014 r. Natura Laboratorium chemiczne Floyda Romesberga w Scripps Research Institute w San Diego opublikowało artykuł zatytułowany A Semi-Synthetic Organism with an Expanded Genetic Alphabet. Romesberg i jego koledzy stworzyli bakterię zawierającą chemiczne cegiełki, które, o ile nikt nie wie, nigdy nie były częścią żadnej ziemskiej formy życia.

Były wcześniejsze roszczenia do tworzenia życia. Pionier genomu Craig Venter kierował zespołem, który wyprodukował genom dla zarazka wywołującego zapalenie płuc u krów, ale w ich wysiłkach wykorzystano znane chemiczne podstawy DNA, znane pod literami A, G, C i grupa T. Romesberga z drugiej strony ręka, dodała dwie dodatkowe litery, nazwane X i Y. Kiedy bakterie z powodzeniem replikowały X i Y w kolejnych pokoleniach, laboratorium Romesberga mogło twierdzić, że stworzyło pierwszą żywą istotę z rozszerzonym kodem genetycznym.

Ludzie pytali, o co chodzi, a ja powiedziałem: „Wyobraź sobie, że masz język składający się tylko z czterech liter”, mówi Romesberg. „Byłoby to niezdarne i naprawdę ograniczyłoby rodzaje historii, które można by opowiedzieć. Więc wyobraź sobie jeszcze dwa litery. Teraz możesz pisać ciekawsze historie”.

Nowe leki to najbardziej oczywista historia, jaką można opowiedzieć za pomocą tej technologii. Firma rozpoczynająca działalność o nazwie Synthorx , stworzony przez Romesberga i fundusz venture capital Avalon Ventures, twierdzi, że wykorzystał bakterie E. coli zawierające X i Y do produkcji białka, krok, który prezes i dyrektor generalny firmy Court Turner opisuje jako naszego małego jednorożca. Firma nie zidentyfikowała białka, poza stwierdzeniem, że jest dobrze przebadane i dodała do niego nową funkcję, sposób na przyłączenie się innego leku do białka w określonym miejscu.

Technologia może również utorować drogę do nowych leków biotechnologicznych. Prawie wszystkie takie leki, białka, takie jak insulina lub erytropoetyna wzmacniająca komórki krwi, są wytwarzane wewnątrz bakterii lub innej komórki. Ale syntetyczne DNA może znacznie rozszerzyć zakres możliwych leków. Dzieje się tak, ponieważ normalna komórka buduje białka z zaledwie 20 aminokwasów, łącząc je w długie łańcuchy. Dokładnie, który aminokwas zostanie dodany w następnej kolejności, określają trzyliterowe sekwencje DNA, zwane kodonami.

Chociaż matematyka się komplikuje, wraz z dodaniem nowych zasad X (nazwa chemiczna d5SICS) i Y (nazwa chemiczna dNaM), Romesberg w przybliżeniu potroił liczbę możliwych kodonów i teoretycznie zwiększył do 172 liczbę różnych aminokwasów, które może komórka zbuduj białko z (patrz ta objaśniająca grafika ).

Naukowcy z firmy Synthorx pracują nad systemem do produkcji białek przy użyciu częściowo syntetycznego DNA.

To ważne, ponieważ naukowcy wynaleźli tysiące sztucznych aminokwasów. Po prostu nie było łatwo zrobić z nich białka. W przeciwieństwie do konwencjonalnych leków, w których chemicy sprawują znakomitą kontrolę nad położeniem każdego atomu, w przypadku białek w większości nadal potrzebują żywej istoty do ich produkcji. Kiedy dochodzisz do całych białek, chemicy naprawdę tracą tę zdolność. Cząsteczki białka są zbyt złożone, zbyt duże, mówi Peter Schultz, biolog ze Scrippsa. (Romesberg trenował w laboratorium Schultza.)

W końcu mogą pojawić się bakterie produkujące zupełnie nowe białka. Aby zrobić biznes za miliard dolarów, tak, potrzebujemy białka, mówi Romesberg. Home run to zdolność do wytwarzania białek terapeutycznych z zawartymi w nich nienaturalnymi aminokwasami.

Osiągnięcie Synthorxa jest nieco mniejsze. Wyprodukował swoje pierwsze białko, rozkładając E. coli i wykorzystując ich nienaturalne geny do wytworzenia nowej cząsteczki białka w reakcji w probówce. Turner uważa, że ​​system może zainteresować firmy farmaceutyczne, które mogłyby go wykorzystać do generowania pomysłów na nowe leki. Z nienaturalnych aminokwasów można wytworzyć milion białek, mówi.

Organizmy syntetyczne mogą prowadzić do powstania innych rodzajów produktów, w tym nowych szczepionek. Możliwe byłoby na przykład wytworzenie bakterii gruźlicy z nienaturalnym DNA. To byłby prawdziwy, żywy zarazek. Ale bez żadnego surowca do skopiowania jego genów (to znaczy bez zewnętrznego źródła chemikaliów X i Y) można by go podać osobie bez obaw, że zachoruje. Gdyby to była gruźlica, ale także łagodna, byłaby to idealna szczepionka, mówi Schultz.

Court Turner, po lewej, dyrektor generalny Synthorx, przygląda się wynikom eksperymentu z biologią syntetyczną.

Syntetyczne formy życia mają implikacje daleko wykraczające poza nowe produkty. Romesberg i Schultz są częścią kadry naukowców, którzy zadają podstawowe pytanie, czy życie mogło ewoluować w inny sposób niż ten, który znamy. Czy życie na Marsie będzie miało piątą i szóstą bazę? - pyta Steven Benner, biolog syntetyczny i założyciel Fundacji Stosowanej Ewolucji Molekularnej w Gainesville na Florydzie. Benner, który współpracuje z NASA próbując znaleźć życie na innych planetach, sugeruje, że biologia syntetyczna może również poprawić zdolność wykrywania nowych ziemskich form życia. Może istnieją na ziemi, ale po prostu nie wiemy, czego szukać, mówi. Zmusza cię do zadawania niezapisanych w scenariuszu pytań, aby zakwestionować podstawowe, podstawowe hipotezy.

Synthorx nie jest jedynym startupem, który chce rozszerzyć kod życia z powodów komercyjnych. Ambrx, kolejna firma z San Diego , wykorzystuje nienaturalne aminokwasy we współpracy z dużymi firmami farmaceutycznymi, takimi jak Eli Lilly i Merck. W styczniu ubiegłego roku naukowiec z Uniwersytetu Harvarda, George Church i jego były student, Farren Isaacs z Yale, zorganizowali konferencję prasową, aby ogłosić własny przełom. Isaacs i Church opisali, jak w osobnych eksperymentach stworzyli coś, co nazwali organizmem zreorganizowanym genomowo, czyli GRO. Nie zmienili liter w DNA, ale przejęli kilka kodonów, aby użyć sztucznych aminokwasów.

Church i Isaacs niedawno ogłosili, że założyli firmę z siedzibą w Bostonie, enEvolv , aby dostarczać takie produkty GRO do wykorzystania przez przemysł do, powiedzmy, usuwania wycieków ropy lub nawet produkcji sera. Podczas styczniowej konferencji telefonicznej z dziennikarzami Church zadeklarował, że naszym celem jest modyfikowanie komórek roślinnych i zwierzęcych, a może roślin i zwierząt.

Potencjalny sprzeciw wobec technologii jest już widoczny: nikt nie wie do końca, co zrobiłyby te nowe formy życia, gdyby zostały wypuszczone na wolność. E. coli Romesberga zależą od zewnętrznego źródła X i Y, aby pozostać przy życiu. Church również twierdzi, że jego GRO są bezpieczne, ponieważ zależą od nienaturalnych aminokwasów, które są dostarczane tylko w laboratorium. Powstrzymaj je, a bakterie umrą.

Ten rodzaj wyłącznika ma na celu uspokojenie każdego, kto zastanawia się, co się stanie, jeśli bakteria ucieknie. Ale to nie jest niezawodne. Zarówno Romesberg, jak i Church donosili, że niewielka część bakterii zdołała wsunąć genetyczne kajdanki poprzez mutację. Oznacza to, że gdyby zostały uwolnione poza laboratorium, sztuczny organizm mógłby w jakiś sposób zmiatać zastępczą substancję chemiczną ze środowiska, aby zastąpić tę krytyczną, którą podano mu w laboratoriach. Lub może wymieniać geny z innymi organizmami, na które trafi poza naczyniem laboratoryjnym. Takie wydarzenie może pozwolić zmodyfikowanym drobnoustrojom żyć i rozmnażać się.

Schultz uważa, że ​​syntetyczne organizmy będą wykorzystywane w medycynie na długo przed wypuszczeniem ich do środowiska w celu zjedzenia oleju lub wytworzenia sera. Myśli, że kiedy biologia syntetyczna doprowadzi do powstania nowego leku lub szczepionki, przyzwyczaimy się do wymyślania życia dla naszego własnego dobra. Trzeba wybrać najbliższe zastosowania tej technologii, aby pokazać, co naprawdę może zrobić dla dobra ludzkości, mówi Schultz. Myślę, że medycyna to jeden z obszarów o dość oczywistych zastosowaniach.

Ta oryginalna wersja tego artykułu błędnie stwierdziła, że ​​gruźlica jest spowodowana przez wirusa. Jest to spowodowane przez bakterię.

ukryć