Syntetyczny genom ludzki: dlaczego to jest ważne
Spisu treści:
- Pisanie ludzkiego genomu taniej
- Wyzwania w zakresie ich realizacji
- Zastosowania dla syntetycznego ludzkiego genomu
- Wysoki koszt syntetycznego genomu
To coś w rodzaju science fiction.
Uruchom komputer. Wybierz cechy, które chcesz - może brązowe oczy lub zdolności muzyczne lub odporność na raka.
ReklamaReklama I naciśnij start.
Maszyna w twoim laboratorium zaczyna składać chemiczne bloki DNA.
W końcu będziesz miał cały kod genetyczny - lub genom - potrzebny do stworzenia człowieka zaprojektowanego według twoich dokładnych specyfikacji.
reklamaTen scenariusz nie jest obecnie możliwy, ale grupa naukowców ma nadzieję, że stanie się faktem - lub przynajmniej technicznie wykonalnym - w ciągu 10 lat.
Niektórzy krytycy obawiają się, że ta technologia może prowadzić do dzieci-projektantów lub genetycznych nadludzi.
ReklamaReklama Ale grupa naukowców twierdzi, że ich plany są mniej fantastyczne, chociaż tak samo jak zmiana gry w dziedzinie inżynierii genetycznej.
Czytaj więcej: Co to jest genomika? »
Pisanie ludzkiego genomu taniej
Ludzki genom składa się z czterech podjednostek chemicznych - nukleotydów - które tworzą kod genetyczny naszego DNA i genów.
Specyficzna kolejność nukleotydów decyduje o tym, jak wyglądają i funkcjonują nasze ciała - chociaż warunki środowiskowe również mają wpływ.
Zmiany w kodzie genetycznym mogą prowadzić do chorób takich jak choroba Tay-Sachsa, mukowiscydoza, a nawet do ślepoty barw. Modyfikowanie tych części genomu może wyleczyć te choroby.
Naukowcy mają już zdolność do syntetyzowania lub "pisania" segmentów DNA z nukleotydów.
Zostało to zrobione z bakteriami, wirusami i drożdżami. A nawet krótsze fragmenty ludzkiego DNA.
Ale nie wystarczająco szybko lub wystarczająco tanio, aby zsyntetyzować 3 miliardy par zasad, które składają się na cały ludzki genom.
OgłoszenieNaukowcy mają nadzieję, że nowy projekt zapewni taki sam technologiczny impuls do "pisania" DNA, który Projekt Ludzkiego Genomu zrobił dla "czytania" naszej struktury genetycznej.
"Głównym celem HGP-write jest obniżenie kosztów inżynierii i testowania dużych genomów (od 0,1 do 100 miliardów par zasad) w liniach komórkowych ponad 1 000 razy w ciągu 10 lat", napisali 2 czerwca w czasopiśmie Science.
ReklamaReklama Dotyczy to nie tylko ludzkiego genomu, ale także innych organizmów ważnych dla rolnictwa, zdrowia publicznego i zastosowań medycznych.
Dowiedz się więcej: Naukowcy mogą teraz edytować swój genom po jednym liście na raz »
Wyzwania w zakresie ich realizacji
Jednym z wyzwań związanych z realizacją tego projektu jest uzyskanie kompletnego genomu lub części genomu, do komórki gospodarza. Ten gospodarz może być komórką ssaka lub innym organizmem, takim jak bakteria E.coli.
Reklama Budowanie genomu od zera różni się znacznie od modyfikacji istniejącego genomu - coś, co można teraz zrobić za pomocą technologii takich jak CRISPR / Cas9.
Naukowcy będą musieli zaprojektować genom, aby utrzymać normalną pracę komórki. Może to być wspomagane przez użycie oprogramowania komputerowego. Jednym z głównych graczy projektu jest firma komputerowa Autodesk.
ReklamaReklama Ale co ważniejsze, będzie wymagało większego zrozumienia tego, co robi każda sekcja genomu, a naukowcy dopiero zaczynają drapać powierzchnię.
Grupa ma jednak nadzieję, że podejście "uczenie się przez budowanie" pomoże im osiągnąć postęp w tej dziedzinie.
"Znasz wszystkie części potrzebne [do zbudowania chromosomu], więc weź te części i odbuduj je. Jeśli jest funkcjonalny, widzisz, że miałeś rację - powiedział w News Science dr Torsten Waldminghaus, syntetyczny mikrobiolog w LOEWE Center for Microbiology Synthetic w Niemczech, który nie jest zaangażowany w projekt.
Tak jak w przypadku pierwszego Human Genome Project, nowe technologie będą musiały zostać opracowane po drodze, aby przyspieszyć proces pisania. I żeby było taniej.
Naukowcy zaczęliby od napisania mniejszych segmentów genomu i pracowali na dłużej. To ostatecznie przyniesie korzyści spillover.
"Produkty materialne mogą początkowo być powolne, ale pisanie DNA taniej i na dużą skalę sprawi, że naukowcy będą bardziej wydajni i wszechstronni w swojej pracy, prowadząc do praktycznie nieograniczonego potencjału produktów pośrednich", Danielle Tullman Ercek, Ph. D., inżynier biochemiczny z University of California w Berkeley, powiedział Scientific American.
Czytaj więcej: Genomika a genetyka - bliżej wyglądu »
Zastosowania dla syntetycznego ludzkiego genomu
Możliwe zastosowania, które mogą wyjść z tego projektu, od względnie normalnych do etycznie wątpliwych.
Jednym z tych projektów pilotażowych jest stworzenie "ultrasafe" komórek odpornych na wirusy i raka.
Mogą to być komórki macierzyste. Są one już testowane jako terapia w takich stanach jak reumatoidalne zapalenie stawów i choroby płuc.
Komórki macierzyste działają w celu leczenia choroby, ponieważ mogą się szybko rozmnażać. Ale jest to także cecha komórek rakowych. Jednym z długotrwałych problemów związanych z terapią komórkami macierzystymi jest to, że komórki macierzyste zmieniają się w nowotworowe.
Można tego uniknąć, projektując komórki macierzyste z syntetycznym genomem, który jest mniej podatny na mutacje i powoduje raka.
"Wariant biologii syntetycznej zakodowany tak, by nigdy nie był rakowy, byłby lepszy", powiedział Paul Freemont, kierownik Sekcji Biologii Strukturalnej w Imperial College London, New Scientist.
Syntetyczny genom mógłby również zostać użyty do modyfikacji genomu innego zwierzęcia. Narządy od "zhumanizowanej" świni mogą być bardziej odpowiednie do przeszczepienia na ludzi - mniej prawdopodobne jest odrzucenie przez układ odpornościowy danej osoby.
Jeden projekt pilotażowy wymaga nawet stworzenia "genomu referencyjnego", który obejmuje najczęstsze warianty wszystkich genów.
To może być użyte do testowania zmian genów jeden po drugim, aby zobaczyć, jak wpływają one na funkcję ciała lub rozwój choroby.
"Możesz użyć tej pustej planety, tego prostego jogurtu ludzkości, aby rozróżnić różne geny i dowiedzieć się," powiedział do New Scientist dr George Church, profesor genetyki na Uniwersytecie Harvarda.
Czytaj więcej: Terapia komórkami macierzystymi w reumatoidalnym zapaleniu stawów »
Wysoki koszt syntetycznego genomu
Grupa ma nadzieję na rozpoczęcie projektu pod koniec tego roku dzięki 100 milionom dolarów ze środków publicznych, prywatnych, filantropijnych, przemysłu i źródła akademickie z całego świata. "
Dr. Dr Francis S. Collins, dyrektor National Institutes of Health (NIH), powiedział, że NIH, jedna z największych agencji finansujących w Stanach Zjednoczonych, nie planuje finansowania tego rodzaju projektu w tym czasie.
W oświadczeniu Collins powiedział, że NIH "nie uznał czasu za odpowiedni do sfinansowania projektu na dużą skalę zorientowanego na produkcję, takiego jak proponowany.
Całkowity koszt dziesięcioletniego projektu prawdopodobnie będzie ogromny, ale grupa spodziewa się, że będzie kosztować mniej niż 3 miliardy dolarów wydane na pierwszy projekt Human Genome.
Niektórzy badacze powiedzieli Naturze, że projekt niepotrzebnie scentralizował wysiłki już podjęte w firmach działających w tej dziedzinie.
Inni krytycy kwestionują, czy deklarowane korzyści grupy uzasadniają koszt.
"Myślę, że rozwijanie narzędzi do tworzenia dużych sekwencji genetycznych jest ważnym celem ludzkim. Stworzenie całkowicie nowych [ludzkich] genomów - to inny rodzaj projektu "- powiedziała Science, Laurie Zoloth, bioetyczka z Northwestern University.
Próbując rozwiać obawy, że naukowcy stworzą nową rasę nadludzkich istot, współprzewodniczący grupy powiedział Scientific American, że komórki zawierające syntetyczny genom będą zaprojektowane tak, że jeśli ktoś kiedykolwiek wyrośnie na człowieka, to wygra " być w stanie się rozmnażać.
"Nie próbujemy stworzyć armii klonów ani rozpocząć nowej ery eugeniki" - powiedział naukowiec w Scientific American, dr Jef Boeke, biolog syntetyczny z NYU Langone Medical Center. "To nie jest plan. "
