Lav et genom hurtigt fra bunden

En hurtig DNA-synteseteknik er blevet brugt til at syntetisere et komplet mitokondrielt genom fra bunden. Den nye metode vil blive brugt til at lave vacciner hurtigt af et startup firma kaldet Synthetic Genomics Vaccines.

Genom maker: Daniel Gibson, professor ved J. Craig Venter Institute, er ved at udvikle nye måder at sy DNA sammen på.

Den nye teknik gør det muligt for biologer at samle store stykker DNA fra designs redigeret på en computer hurtigere end før. Forskere ved J. Craig Venter Institute i Rockville, Maryland, brugte metoden til at lave hele genomet af en cellulær organel kaldet mitokondrierne, et trin, der kunne føre til behandlinger for stofskiftesygdomme. Synthetic Genomics samarbejder med medicinalgiganten Novartis for at fremskynde udviklingen af ​​influenzavacciner ved hjælp af metoden.

Ved at være i stand til hurtigt at syntetisere DNA, kan vi lave en ny frøvaccine mod influenza på 24 timer eller mindre, siger J. Craig Venter , grundlægger og formand for instituttet. Det tager nu flere måneder at fremstille en ny influenzavaccine.

Før hver influenzasæson overvåger epidemiologer det hurtigt udviklende influenzavirus over en periode på måneder, og Verdens Sundhedsorganisation (WHO) laver et gæt om, hvilke tre stammer der mest sandsynligt vil sprede sig. WHO udvikler derefter svækkede versioner af disse vira, og disse frølagre distribueres til vaccineproducenter, som inkuberer den svækkede virusvaccine i hønseæg, en proces, der tager 35 dage.

Forskere ved J. Craig Venter Institute, ledet af institutprofessor Daniel Gibson , har fundet frem til en teknik til at syntetisere strækninger af DNA i størrelsesområdet for de virale genomer. Med det rigtige udgangsmateriale kan processen klares på få timer.

Ved at arbejde med en DNA-sekvens, der er gemt i en computerfil, deler forskerne den først op i overlappende stykker, der er små nok til at lave økonomisk og hurtigt af flaskekemikalier. Dette gøres ved hjælp af en standardmaskine kaldet en DNA-synthesizer. Flere strækninger af DNA samles derefter med en blanding af enzymer, der syr dem sammen på cirka 15 minutter. Længere stykker samles igen med hinanden, og den samme blanding af enzymer syr dem sammen til en endnu længere ordnet sekvens. Nøglen, siger Gibson, var at finde den rigtige kombination af tre enzymer til at sætte alle DNA-fragmenterne sammen.

Dette forår brugte Gibsons gruppe en mere arbejdskrævende teknik til at lave den første syntetiske celle. De redigerede et bakteriegenom på computeren, syntetiserede det ved hjælp af gær og transplanterede det derefter til en anden bakterieart. At bruge gær til at sætte genomet sammen tager et stykke tid, fordi gæren skal vokse natten over for at sy DNA-fragmenter sammen. Gær er stadig nødvendig for at lave noget så stort som et helt bakteriegenom, fordi det kan arbejde med meget mere DNA end de kemikalier, der bruges i den nye metode.

For at lave mindre genomer, inklusive dem af vacciner, behøver forskerne i Venter Instituttet ikke gær. Hvis de allerede har lavet de kortere startstykker af DNA, siger Gibson, kan de sammensætte en hel vaccinefrøbestand eller genomet af en cellulær organel som mitokondrierne på en enkelt dag. Det er netop, hvad de gjorde i arbejdet beskrevet i et papir offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Naturens metoder .

Mitokondriet er en vital del af alle dyreceller og spiller en stor rolle i stofskiftet, og det har sit eget genom. Mitokondrielle sygdomme kan føre til døvhed, diabetes, muskelsvaghed, indlæringsvanskeligheder og mange andre problemer. Ved at bruge den hurtige DNA-syntesemetode til at studere mitokondrierne håber vi at se, hvad der forårsager disse problemer på det genetiske niveau, og se om vi kan løse dem, siger Gibson.

I løbet af de næste tre år, Syntetiske genomiske vacciner vil samarbejde med Novartis for at bruge disse metoder til at lave influenzavaccinebestande. Novartis arbejder på en cellebaseret vaccinevækstmetode, der skal erstatte de hønseæg, der bruges til at dyrke vacciner i dag. Dette ville eliminere behovet for at tilpasse vira til fugle, hvilket tilføjer tid, og generelt burde være hurtigere. Tilgangen er endnu ikke godkendt af U.S. Food and Drug Administration, men forsøg er i gang.

Venter siger, at den hurtigere DNA-synteseteknik også kan gøre det muligt at følge med endnu hurtigere udviklende patogener, der ændrer sig for hurtigt til, at konventionel vaccineudvikling kan følge med. Dette inkluderer HIV, malaria og rhinovirus - en af ​​årsagerne til forkølelse.

skjule