211service.com
Syntetisk biologi kan fremskynde produktionen af influenzavaccine
Syntetisk biologi puster nyt liv ind i den gammeldags verden af vaccineproduktion, hvilket vækker håb om, at producenter kan frigive vacciner meget hurtigere, når der opstår udbrud.
Ved en møde om syntetisk biologi afholdt på MIT, sagde lægemiddelfirmaet Novartis, at det har syntetiseret hybridinfluenzagenomer i en proces, der kunne barbere uger væk fra den tid, der kræves til at producere vacciner. Når en ny influenza-stamme dukker op, sender offentlige myndigheder normalt prøver til vaccineproducenter, som dyrker et stort antal af patogenet i hønseæg som udgangsmateriale til vacciner, siger Philip Dormitzer , leder af viral vaccineforskning for Novartis. Denne proces kan tage måneder og kan gå glip af toppen af et udbrud. Men Novartis, der arbejder med syntetiske biologer, har udviklet en måde at kemisk syntetisere virusgenomer og dyrke dem i vævskulturceller. Det sparer tid og kan give mere effektive vacciner.
Ideen er at bygge en syntetisk virus baseret på sekvensdata, der kan distribueres meget hurtigere end faktisk viralt materiale høstet på stedet for et udbrud. Det syntetiske virale genom kombinerer en genomisk rygrad, der er fælles for mange influenzavirus, med gener, der er specifikke for de stammer, der ses i et nyt udbrud. I 2011 testede holdet sin metode som svar på et falsk udbrud af en fugleinfluenzavirus (en tæt beslægtet med H7N9-virussen, der i øjeblikket spredes i Kina). Fra klokken 8 om morgenen mandag samme år begyndte holdet at syntetisere et viralt genom kemisk baseret på sekvensdata, siger Dormitzer. Ved middagstid den følgende fredag havde holdet bekræftet, at det havde levende virus, der voksede i cellekultur.
Indtil for nylig har de fleste syntetisk-biologiske bestræbelser fokuseret på at udvikle bakterier til at producere ønskværdige forbindelser såsom lægemidler (se Mikrober kan masseproducere malariamedicin) eller brændstof (se Bakterier fremstiller diesel fra biomasse); de har ikke involveret mennesker eller andre pattedyr. Men det er ved at ændre sig. Pattedyrs syntetiske biologi, som involverer ændring af pattedyrs genetiske kredsløb, er stadig i relativ vorden, siger Jim Collins , en syntetisk biolog ved Boston University. Der er kun en håndfuld grupper i rummet, og det er meget svært at lave den teknik, siger han.
I andet arbejde beskrevet på Cambridge-mødet, Pam Silver , en syntetisk biolog ved Harvard Medical School, præsenterede metoder til cellebaseret databehandling, hvor logiske porte kan bygges ud fra konstruerede proteiner. En anvendelse af disse værktøjer er et genetisk kredsløb, der gør det muligt for celler at huske, om de blev udsat for stråling, selv efter at strålingen er væk. Hidtil har hun og hendes team bygget et sådant kredsløb i gærceller, men hun siger, at teknologien kan overføres til menneskelige celler. Det kunne være en nyttig situation i terapi og langsigtet for rumrejser, og også for blot at rapportere om oplevelserne af celler i kroppen, siger Silver.
Nogle bestræbelser på at anvende syntetisk biologi til sundhed fokuserer på at programmere stamceller til at opføre sig som naturligt forekommende celler, der er gået tabt på grund af sygdom. Douglas Melton , en molekylær- og cellebiolog ved Harvard University, programmerer stamceller til at erstatte de glukose-sansende og insulinproducerende celler, der går tabt i type 1-diabetes. Denne tilstand opstår normalt som følge af en autoimmun reaktion mod bugspytkirtlens betaceller, som efterlader kroppen uden insulin.
Melton og hans laboratorium arbejder hen imod en teknologi, hvor betacellerne og andre celler, der er involveret i at regulere blodsukkeret, kan erstattes af indkapslede samlinger af modne celler afledt af stamceller. Udfordringen bliver at producere de endelige, differentierede celletyper ved hjælp af hormoner eller andre kemiske signaler til at guide udviklingsprocessen. Det, man gerne vil forstå, er, hvordan man instruerer cellen i, hvilke gener den skal tænde og slukke, siger Melton.
Men at kopiere de naturlige processer af cellulær udvikling er ikke let. Melton siger, at hans gruppe er i stand til at lave betaceller, der producerer insulin, men processen er ufuldkommen. Omkring halvdelen af cellerne gør, hvad du vil, siger han. Vi ved ikke, hvordan vi fortæller cellerne kun at være betaceller. Og de dyrkede betaceller har ikke den finjusterede reaktion på glukose, som kroppens celler har: Betaceller skal mærke glukoseniveauer og derefter sprøjte den rigtige mængde insulin ud, siger han. Vores celler vil reagere på glukose, men ikke med nøjagtige følemekanismer. De dumper normalt insulin på det første [tegn] på glukose.
Andre forskere håber på at udvikle helt nye kredsløb til celler for at hjælpe diabetespatienter. Martin Fussenegger , en bioingeniør ved det schweiziske føderale institut for teknologi, beskrev et molekylært system, hvor celler modificeres med gener, der kan detektere lave pH-niveauer i blodet, et tegn på en diabetisk tilstand. Som svar, siger han, vil de konstruerede celler producere insulin for bedre at regulere blodsukkerniveauet og berolige den diabetiske tilstand.
Denne form for konstruktion afhænger typisk af vira for at modificere gener, så celler udfører nyttige opgaver. Men den metode er risikabel: Det indførte DNA kan integreres i genomet på et uheldigt sted, der kan føre til kræft. Harvey Lodish , en cellebiolog ved MIT, arbejder på en teknologi, der kunne undgå det problem: lab-fremstillede røde blodlegemer. Efter at disse celler er modificeret, vil de sparke virussen ud i løbet af deres naturlige udviklingsproces.
Skønheden ved røde blodlegemer er, at de stort set er den eneste celle i kroppen uden en kerne, siger Lodish. Når de kommer i cirkulation, har de mistet deres DNA og er stabile i 120 dage uden risiko for tumorer.
I Lodishs metode bærer et retrovirus et nyt gen ind i arvemassen af stamceller, som i sidste ende vil producere røde blodlegemer. Cellen bruger det nye gen til at producere en modificeret version af proteiner, der sidder på overfladen af de modne røde blodlegemer, selv efter cellen har mistet sit DNA. Det modificerede overfladeprotein er blevet konstrueret, så andre forbindelser nemt kan bindes til det - antistoffer, der kan fjerne giftige stoffer i blodet, eller småmolekylære lægemidler til at angribe kræftformer eller andre syge celler. Lodish mener, at teknologien er en mere sikker tilgang til at bruge syntetisk biologi i den menneskelige krop.