Синтетическая биология создает никогда не существовавшие биосистемы и меняет уже живущие организмы. Это поможет быстрее диагностировать заболевания, лечить их и создавать новые вакцины, а также разрабатывать сверхэффективные материалы, например, биотопливо. «Хайтек» разбирается, чего нам ждать от синтетической биологии.
Растения с искусственным геномом, биотопливо и перепрограммированные животные, устойчивые к определенным вирусам — вот чем занимается синтетическая биология.
Какие у синтетической биологии есть достижения?
- Трансплантация генома
В июне 2007 года ученые из Исследовательского института Дж. Крейга Вентера (JCVI) вывели синтетическую биологию на новый уровень — они успешно пересадили весь геном одного вида бактерий (Mycoplasma mycoides) в цитоплазму другого (Mycoplasma capricolum). Это была первая полная пересадка генома.
Новые бактерии были полностью лишены своих собственных генов и после деления клеток стали фенотипически эквивалентными — аналогичными по наблюдаемым характеристикам.
- Синтетические геномы
В январе 2008 года ученые JCVI Дэниел Г. Гибсон и Гамильтон О. Смит успешно собрали модифицированную версию генома бактерии M. genitalium с нуля. Это заметно отличалось от работ, в которых гены последовательно модифицировали — теперь они были связаны вместе для создания нового генома.
Синтетический геном лишь немного отличался от естественного — небольшие различия не позволяли ему стать патогенным — вызывающим болезни. А также его могли идентифицировать как искусственный. Ученые назвали эту новую версию M. genitalium JCVI-1.0. У него было 582 970 пар оснований — это в 10 раз длиннее любого ранее собранного генома.
В мае 2010 года исследователи JCVI объявили, что они создали синтетический геном из 1,08 млн пар оснований и вставили его в цитоплазму бактерии. Это была первая функционирующая форма жизни с синтетическим геномом.
- Перепрограммирование клеток
Во время естественного процесса развития клетки она проходит несколько стадий, из недифференцированного состояния она переходит в специализированное.
Недифференцированное состояние характерно для клеток бластоцисты — это ранняя стадия развития эмбриона. Еще такие клетки называют плюрипотентными или эмбриональными стволовыми. Из них могут получиться все виды клеток в организме.
Основной подход к перепрограммированию клеток основан на перепрограммировании in vitro собранных соматических клеток из доступного источника — крови, кожи или костного мозга.
Их превращают в специализированный тип мультипотентных стволовых клеток по выбору, в соответствии с показаниями или заболеванием — нервная стволовая клетка при заболеваниях ЦНС, сердечная стволовая клетка при заболеваниях сердца и так далее.
- Система генетических ножниц
Речь идет о CRISPR/Cas9 — это метод редактирования генов, который может вырезать и вставлять ДНК. Исследователи используют его из-за высокой степени гибкости и точности. Одна из причин популярности CRISPR/Cas9 заключается в том, что он позволяет проводить серьезную генную инженерию при очень низких затратах.
Метод отличается от ранних методов генной инженерии, так как позволяет вводить или удалять более одного гена одновременно, поэтому процесс становится эффективнее.
Зачем это нужно обычным людям?
Благодаря развитию синтетической биологии исследователи смогли перепрограммировать экзокринные клетки, который находятся в поджелудочной железе. Авторы работы создали из них бета-клетки, ответственные за производство инсулина. Пока что эксперимент проводили только в лаборатории, но ученые собираются применить его массово, чтобы лечить сахарный диабет.
Еще ученые сумели создать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — это легкий метод получения универсальных клеток, которые можно превратить в любой орган. С помощью этого способа предлагаю лечить болезнь Альцгеймера и Паркинсона, а также онкологические заболевания и патологии спинного мозга.
Также в синтетической биологии развивают методы диагностики патогенов, для которых не нужно большое количество оборудования.
Как развивается синтетическая биология и куда?
Синтетическая биология предполагает, что исследователи не должны постоянно находиться в лаборатории — работа может быть и виртуальной, как например ECL — это лаборатория в облаке, там можно провести эксперимент, если выбрать способ работы с образцами. Дальше техника выдаст результат.
Среди перспектив развития — биосистемы, диагностирующие заболевание, новые способы лечения онкологии и патологий, передающихся по наследству, а также разработка вакцин и лекарств.
Среди необычных направлений можно выделить растения с искусственным геномом, которые будут устойчивы к разным условиям окружающей природы. Разработка новых видов биотоплива, а также изменение генома животных, чтобы сделать их устойчивыми к определенным патогенам.
Читать далее:
Самое большое генеалогическое древо человечества показало историю нашего вида
Опасность бесплатных VPN. Почему их нельзя скачивать и как защитить себя?
Почему Ганимед — самый странный спутник и есть ли на нем жизнь