Biologisk teleporter kunne så liv gennem galaksen

Den første biologiske teleporter sidder i et laboratorium på det nederste niveau af San Diego-bygningen, der huser Synthetic Genomics Inc. (SGI), der ligner en superstor udstyrsvogn.

Enheden er faktisk et konglomerat af små maskiner og laboratorierobotter, forbundet med hinanden for at danne en stor maskine. Men denne kan gøre noget hidtil uset: den kan bruge transmitteret digital kode til at udskrive virus.

I en række eksperimenter, der kulminerede sidste år, brugte SGI-forskere genetiske instruktioner sendt til enheden fra andre steder i bygningen til automatisk at fremstille DNA'et fra den almindelige influenzavirus. De producerede også en funktionel bakteriofag, en virus, der inficerer bakterieceller.

Selvom det ikke var første gang, nogen havde lavet en virus fra DNA-dele, var det første gang, det blev gjort automatisk, uden menneskelige hænder.

Enheden, kaldet en digital-til-biologisk konverter, blev afsløret i maj. Selvom det stadig er en prototype, kunne instrumenter som det en dag udsende biologisk information fra steder med et sygdomsudbrud til vaccineproducenter eller udskrive on-demand personaliseret medicin ved patienternes senge.

Vi har drømt i omkring et årti om evnen til at faxe livsformer, siger Juan Enriquez, en direktør hos Excel Ventures, et venturekapitalfirma, der har investeret i SGI, som forestiller sig en ny industriel revolution med den digital-biologiske konverter som bomuldsginen.

Craig Venter, den frafaldne biolog, der grundlagde Synthetic Genomics i 2005, men ikke længere tager en daglig rolle i dets aktiviteter, har sagt, at han selv tror, ​​at det vil være muligt at overføre livsformer mellem planeter.

Han har talt med Elon Musk om det, siger Dan Gibson, SGIs vicepræsident for DNA-teknologi.

Influenzavirus

I modsætning til Venter, kendt for prale og store videnskabelige planer, er Gibson underspillet, selvom den også er velkendt blandt biologer for Gibson Assembly, en reaktion, der forbinder små stykker af laboratoriefremstillet DNA til meget større gener.

SGI's BioXP 3200 , en kommerciel DNA-printer, udgør hjertet i den digital-til-biologiske konverter . Når Gibson, der sidder på sit kontor, sender en besked til konverteren, begynder den sit arbejde ved hjælp af forudindlæste kemikalier. Han kunne lige så nemt sende sådan en besked hvor som helst fra.

I slutningen af ​​maj afslørede Gibsons team, hvordan de havde brugt enheden til at skabe DNA, RNA, proteiner og vira på en automatiseret måde fra digitalt overførte DNA-sekvenser uden menneskelig indblanding.

Arbejdet med konverteren begyndte omkring 2013, da SGI og Novartis, lægemiddelproducenten, kørte en test for at se, om de kunne bruge data fra influenzaudbrud til meget hurtigt at konstruere frøvirus, som vacciner er lavet af.

Deres chance kom i marts samme år, da kinesiske myndigheder rapporterede H7N9-influenzainfektioner og lagde fejlens DNA-sekvensdata online. (H og N i influenzatyperne refererer til hæmagglutinin og neuraminidase, proteiner på den ydre skal af vira, som kan genkendes af det menneskelige immunsystem.) Det var påskesøndag, husker Gibson, da jeg fik en e-mail, at H7N9-fuglen influenza forårsagede en del forskrækkelse i Kina. Så vi var meget hurtigt i stand til at få DNA-sekvensen.

To dage senere, uden direkte adgang til nogen prøver, kun de digitaliserede sekvenser, havde SGI syntetiseret H- og N-generne på Gibsons DNA-printer. Disse DNA-strenge blev sendt til Novartis, som brugte dem til at generere virusbestande indeholdende den nye genetiske information - den slags, der bruges i vaccineproduktion. Gibson siger, at det var da ideen til den digital-til-biologiske konverter blev virkelig. Jeg sagde 'Kan vi ikke integrere alt i én boks? husker han.

Gibson håber at gøre enheden til en rentabel forretning. Forestil dig, siger han, at Centers for Disease Control and Prevention i Atlanta optrævler de genetiske instruktioner for et antistof mod en sygdom som Ebola, der truer med at skabe en epidemi. Denne kode kunne streames digitalt til konvertere på alle hospitaler rundt om i verden for at begynde at lave modgiften. Det er noget, jeg tror vil ske, ikke i en fjern fremtid.

Fejlproblemer

Selvom evnen til at programmere livet og få det til at dukke op forskellige steder er opsigtsvækkende, kan det stadig diskuteres, hvor nyttigt biologisk teleportering vil være. Det er vigtigt at skabe en lille mængde frøvirusbestand, men det er kun et skridt i at fremstille nok vaccine til et helt land. De svækkede vira, der går i influenza-skud, skal normalt dyrkes i trillioner i hønseæg - en nøje planlagt proces, der tager et halvt år.

Og DNA-strengene lavet af SGI's konverter lider stadig af fejl eller tilfældige mutationer. Denne mutationsrate ville være uacceptabel høj, hvis du forsøger at lave ... vacciner eller lægemidler, sagde virolog David Evans fra University of Alberta i en e-mail. FDA ville have en ko.

Alligevel siger Evans, at selvom der ikke er meget nyhed i noget bestemt trin, er det ganske imponerende at sætte dem alle sammen for at få funktionelt DNA til at komme ud i bagenden... Løs fejlproblemet, og du vil have en enhed, som alle vil have.

Gibson siger, at han angriber fejlfrekvensproblemet og forsøger også at krympe konverteren til en overskuelig størrelse. Lige nu fylder den nu omtrent den samme som en Fiat 500-bil.

Panspermi

SGI har ikke trykt liv endnu - de fleste biologer betragter ikke en virus som levende. Men de kan komme derhen. I 2016 annoncerede SGI oprettelsen af ​​en minimal celle, en bakterie med det mindste genom nogensinde, og som kunne fungere som en slags blank kassette til at acceptere nye genetiske instruktioner. Gibson siger, at da den minimale celle er den enkleste form for liv, kan det være logisk at prøve at udskrive en.

Nogle af SGI's bagmænd, herunder Venter, antyder, at den ultimative opgave for en livsprinter ville være at sende liv frem og tilbage mellem planeterne. I et scenarie kunne en sekventeringsmaskine sendes til Mars for at få den genetiske kode for alle livsformer eller nær-livsformer, der findes der.

Disse data kunne overføres til en jordbundet konverter, som ville rekonstruere det fremmede liv, måske i et højsikkerhedslaboratorium. Et SGI-hold brugte tid sammen med NASA-forskere i det golde Mojave-ørkenen i 2013 afprøve aspekter af teorien. Vi fyldte en forskningslabbus med alle de ting, vi havde brug for, isolerede nogle prøver og sekventerede dem, siger Gibson.

At sende livsdata ud i rummet kunne være endnu mere interessant. Ifølge en teori om, hvordan liv opstod på Jorden, kendt som panspermia, blev det båret hertil på en meteor eller komet. At sende biologiske omformere ud i rummet kunne være menneskehedens måde at returnere tjenesten på, siger Enriquez og så liv andre steder.

Jeg [ønsker] at gøre noget ud af denne verden, at sende en af ​​disse ting til Mars og printe brændstoffer eller printe en del af en atmosfære eller næringsstoffer, siger han.

Dette inviterer til spørgsmålet om, hvilken livsform, eller hvilken genetisk sekvens, der ville være den første til at gå. Venter brugte berømt (og i hemmelighed) sit eget DNA som grundlag for den første menneskelige genomsekvens af en individuel person, offentliggjort i 2003.

På spørgsmålet om Venter nu havde til hensigt at reproducere sit genom på en anden planet, sagde både Gibson og Enriquez det samme: Ingen kommentar.

skjule