Кілька тижнів тому головною новиною в науковій пресі було те, що Крейг Вентер і його команда створили "штучну бактерію" у пробірці. Разом з новинами, але не вперше, ЗМІ також заговорили про народження нової галузі наук про життя - синтетичної біології. У нашій статті ми представляємо результати нової галузі науки на сьогоднішній день та діяльність угорських культиваторів.
Розвиток нових біологічних функцій
Складність розмежування дисципліни також можна виміряти тим фактом, що Nature Biotechnology, який нещодавно присвятив спеціальний випуск презентації галузі, розглянув це в окремій статті. з визначенням синтетичної біології (SB), а десять опитаних дослідників дали десять визначень. Мабуть, найбільш вичерпно, саме Адам Аркін сказав, що SB створює стандарти, абстракції та протоколи, за якими проектування та розробка нових біологічних функцій стає передбачуваним, надійним, ефективним та дешевшим. Відповідно до короткого визначення, SB - це просування молекулярної біології до рівня технічних наук. На даний час робота під заголовком «генна інженерія» є досить «спробами та помилками», трудомісткою та витратною. Їх спільне те, що вони намагаються відтворити механізми, що спостерігаються в природі, використовуватися у власних цілях без стовідсоткового розуміння того, як вони працюють. Використовуючи яскраву аналогію: ми робимо стулки з пір’я замість того, щоб будувати струмені, які мало нагадують птахів, враховуючи закони аеродинаміки.
Дру Енді, один із засновників SB, хоче змінити це, застосовуючи три нероздільні принципи: абстрагування, розтин та стандартизацію. абстракція зробити складні системи «засвоюваними», тобто зробити їх прозорими, приховуючи непотрібну інформацію, де це доречно. THE розсічення розбиваючи складну проблему на ряд простіших підзадач, що дозволяє проводити окрему роботу для їх вирішення. THE стандартизація і єдиний і детальний опис біологічних компонентів ("компонентів"), які роблять поведінку систем ("ланцюгів"), що є результатом взаємозв'язку компонентів, передбачуваною. Останній із цих принципів є найбільш відчутним і обіцяє найвидовищніші результати. Подібно як стандартизація потоків була умовою промислової революції, або інтегральні схеми були необхідні, щоб зробити виробництво електроніки відтворюваним та автоматизованим, так стандартні біологічні компоненти також потрібні для точного проектування живих систем.
Приєднання частин
Оскільки виробництво всіх молекул у живій клітині та регуляція всіх біохімічних процесів кодуються в ДНК, біологічні компоненти можна визначити, вказавши алфавітний порядок кожного сегмента ДНК. Під час стандартизації, подібно до електронних компонентів (наприклад, транзисторів), біологічним компонентам може бути призначений паспорт біологічних даних, який містить їх функцію, основні властивості та алфавітний порядок ДНК, що їх кодує. Самими компонентами можуть бути білки (або їх гени), а також елементи ДНК, що регулюють експресію генів: промотори, сайти зв’язування рибосом, термінатори транскрипції тощо. Ці компоненти, які також доступні в Інтернеті, фізично сумісні завдяки стандартному дизайну, тобто їх ДНК можна легко з’єднати. Що викликає головний біль створення функціональної сумісності компонентів.
Найпростіша жива клітина
Збудова клітин знизу вгору
Знаючи останню лінію міркувань, стає зрозумілим, яке значення має робота, згадана у вступі. Вентерес хімічно синтезував весь генетичний запас бактерії Mycoplasma mycoides, а потім ввів його в клітини Mycoplasma capricolicum для отримання життєздатних клітин потомства M. mycoides. Хоча ці клітини вони були лише напівсинтетичними, оскільки набір білків, РНК та ліпідів з живої клітини вимагав функціонування, «оживлення», впровадженого геному, але дія нової технології була наочно продемонстрована. А саме, якщо ми мріємо про нову бактеріальну клітину, цього достатньо геном як програмне забезпечення для виробництва, і впроваджений у тісно пов’язану клітину, яка потім, як апаратне забезпечення, запустить його: якщо його добре продумати, народиться новий вид.
Недолік цього методу також очевидний: якщо ми погано конструюємо свою клітину, ми не отримаємо потомства, але також не матиме інформації про те, що ми зіпсували.
Підхід зверху вниз
Поступове зменшення генофонду природних бактеріальних клітин є більш інформативним: хоча і тут також може виникнути ситуація, що після одного кроку ми більше не отримуємо життєздатну клітину, тоді ми точно знаємо, який ген був причиною помилки. У цьому випадку, повернувшись на крок назад, ми можемо продовжувати витончення геному, видаляючи інші гени. Останній метод також використовується робочою групою Дьєрдя Посфая в Сегедському біологічному центрі Угорської академії наук для спрощення кишкової палички. Після 20-відсоткового зменшення геному кишкової палички він не тільки життєздатний, але все більше придатний для використання в якості клітини-хазяїна в синтетичній біологічній роботі завдяки своїй більшій стабільності. Правда, найменший генофонд, необхідний для життя - через великий генофонд кишкової палички - цим проектом не визначатиметься.
Поточна вигода
Які відчутні результати дав СБ людству дотепер? Бажання у верхній частині списку артемізинін, тим раніше виробництво протималярійного агента з клітинами кишкової палички, що дуже дорого отримувати з Artemisia annua, і ми можемо згадати синтез таксолу або гідрокортизону в клітинах дріжджів є. Пластична сировина, яка називається 2-пропандіол, також може вироблятися в кишковій паличці, тому плащі та автомобільна оббивка майбутнього можуть мати бактеріальне походження. Нещодавно молекула білка павутиння секретується клітинами Salmonella typhimurium, що дозволяє виробляти високоміцну пряжу. Клітини, освітлені хімічними речовинами, напр. він буде використовуватися для вимірювання забруднення важкими металами у питній воді або для позначення вибухових речовин, що витікають із наземних мін.