211service.com
En maskine, der fremskynder udviklingen
I stedet for at ændre genomet bogstav for bogstav, som det meste af genteknologi udføres, George Kirke og hans kolleger har udviklet en ny teknologi, der kan foretage 50 ændringer af et bakteriegenom næsten samtidigt – et fremskridt, der kan bruges til i høj grad at fremskynde skabelsen af bakterier, der er bedre til at producere lægemidler, næringsstoffer eller biobrændstoffer.
Bedre fejl: Ved hjælp af en specialdesignet maskine (vist her) kan forskere hurtigt konstruere op til 50 genetiske ændringer i bakterier, hvilket dramatisk fremskynder søgen efter at designe bakteriefabrikker, der er i stand til effektivt at producere lægemidler, biobrændstoffer og andre kemiske produkter.
Det, der engang tog måneder, tager nu dage, siger Stephen del Cardayré, vicepræsident for forskning og udvikling hos LS9, et biobrændstoffirma med base i det sydlige San Francisco, som Church er grundlægger af. LS9 planlægger snart at bruge teknologien - kaldet multiplex-automatiseret genomteknologi eller MAGE - til at accelerere udviklingen af bakterieceller, der kan producere billige vedvarende brændstoffer og kemikalier.
I den traditionelle trinvise tilgang til gensplejsning blander forskerne gen for gen med en celles stofskiftesystem og forsøger at sætte gang i nogle reaktioner og dæmpe andre. Men denne metode er langsom og uforudsigelig. En celles stofskifte består af millioner af indviklet sammenflettede reaktioner, så at foretage en specifik ændring af et gen, der er involveret i en reaktion, giver muligvis ikke det ønskede resultat eller kan udløse skadelige bivirkninger.
I stedet angriber Church og hans samarbejdspartnere genomet i bred skala. De designer adskillige genetiske ændringer rettet mod gener i hele genomet og implementerer derefter dem alle på én gang og leder efter den resulterende bakteriestamme, der bedst kan producere det ønskede produkt. Det giver dig mulighed for at foretage ændringer af genomet meget hurtigere end de traditionelle et-trins-processer, vi har, siger Kristala Jones-Prather, en metabolisk ingeniør ved MIT, som ikke var direkte involveret i forskningen.
Under MAGE-teknologien genererer forskerne først 50 korte DNA-strenge, der hver indeholder en sekvens, der ligner et gen eller en genregulerende sekvens i det bakterielle målgenom, men det er blevet opdateret på en eller anden måde - med en ændring, der kan gøre et enzym mere effektiv eller øge produktionen af et bestemt protein.
DNA'et blandes i et hætteglas med bakterier, som derefter sættes i en specialfremstillet maskine designet i Kirkens laboratorium. I maskinen udsættes blandingen for en præcist koreograferet rutine af temperatur- og kemiske cyklusser, der tilskynder bakteriecellerne til at optage det fremmede DNA og bytte det ind i deres genom i stedet for det oprindelige stykke, det ligner. De enkeltstrengede stykker af DNA menes at forfalske cellens DNA-replikationsmaskineri, snige sig ind og udfylde et hul under replikationsprocessen, siger Church. Hver generation af de hurtigt reproducerende bakterier optager mere af det fremmede DNA, hvilket i sidste ende producerer en population, der har alle de ønskede genetiske ændringer.
Som en testkørsel af enheden skabte Church og hans team bakterier, der mere effektivt kunne producere lycopen, en antioxidant, der er rigeligt af i tomater. De designede DNA-strenge rettet mod gener, der vides at være involveret i lycopenproduktion, og overvågede derefter flere rør med konstruerede bakterier for produktion af den lyserøde forbindelse. På bare tre dage havde de genereret en stamme, der kunne producere fem gange mere lycopen, ifølge resultater præsenteret på en konference på Harvard i denne måned. Den bedste lycopenproducent havde 24 genetiske ændringer - fire, der afsluttede blokeret produktion af genets protein, og 20, der resulterede i små eller store ændringer i ekspressionen af dette gen.
Church og hans samarbejdspartnere, som i sidste ende planlægger at lave en kommerciel version af enheden, arbejder nu på at skabe forskellige typer kemikalier, herunder biobrændstoffer og lægemiddelprækursorer.