Syntetisk liv søger arbejde

I 15. maj 2014-udgaven af ​​tidsskriftet Natur , udgav Floyd Romesbergs kemilaboratorium ved San Diegos Scripps Research Institute et papir med titlen A Semi-Synthetic Organm with an Expanded Genetic Alphabet. Romesberg og hans kolleger havde skabt en bakterie med kemiske byggesten, der, så vidt nogen ved, aldrig har været en del af nogen jordisk livsform.

Der havde tidligere været påstande om at skabe liv. Genom-pioneren Craig Venter ledede et hold, der fremstillede et genom til en kim, der forårsager lungebetændelse hos køer, men deres indsats brugte på den anden side de velkendte kemiske baser af DNA, kendt under bogstaverne A, G, C og T. Romesbergs gruppe. hånd, tilføjede yderligere to bogstaver, døbt X og Y. Da bakterierne med succes replikerede X og Y i efterfølgende generationer, kunne Romesbergs laboratorium hævde at have lavet den første levende ting med en udvidet genetisk kode.

Folk ville spørge, hvad det store problem er, og jeg sagde: 'Forestil dig, du havde et sprog med kun fire bogstaver,' siger Romesberg. »Det ville være klodset og ville virkelig indskrænke den slags historier, man kunne fortælle. Så forestil dig to bogstaver mere. Nu kunne du skrive flere interessante historier.'

Nye stoffer er den mest åbenlyse historie, der kunne fortælles med teknologien. Et startup firma kaldet Synthorx , skabt af Romesberg og venturefonden Avalon Ventures, siger, at den har udnyttet E. coli-bakterier indeholdende X og Y til at hjælpe med at fremstille et protein, et trin, som virksomhedens præsident og CEO Court Turner beskriver som vores baby-enhjørning. Virksomheden identificerede ikke proteinet, bortset fra at sige, at det er godt undersøgt, og at de havde tilføjet en ny funktion til det, en måde for et andet lægemiddel at binde sig til proteinet på et specifikt sted.

Teknologien kan også bane vejen for nye bioteklægemidler. Næsten alle sådanne lægemidler, proteiner som insulin eller blodcelleforstærkeren erythropoietin, laves inde i en bakterie eller en anden celle. Men syntetisk DNA kan i høj grad udvide, hvilke stoffer der er mulige. Det skyldes, at en normal celle bygger proteiner ud fra kun 20 aminosyrer, og binder dem sammen til lange kæder. Præcis hvilken aminosyre der bliver tilføjet næste gang, er specificeret af DNA-sekvenser på tre bogstaver, kaldet kodoner.

Selvom matematikken bliver kompliceret, med tilføjelsen af ​​de nye baser X (kemisk navn d5SICS) og Y (kemisk navn dNaM), tredoblede Romesberg cirka antallet af mulige kodoner, og teoretisk øgede antallet af forskellige aminosyrer en celle kunne til 172. opbygge et protein fra (se denne forklarende grafik ).

Synthorx-forskere arbejder på et system til at producere proteiner ved hjælp af delvis syntetisk DNA.

Det er vigtigt, fordi videnskabsmænd har opfundet tusindvis af kunstige aminosyrer. Det har bare ikke været særlig nemt at lave proteiner af dem. I modsætning til konventionelle lægemidler, hvor kemikere udøver udsøgt kontrol over hvert atoms position, med proteiner har de for det meste stadig brug for en levende ting for at lave deres fremstilling for dem. Når du kommer til hele proteiner, mister kemikere virkelig evnen. Proteinmolekyler er for komplekse, for store, siger Peter Schultz, en Scripps-biolog. (Romesberg uddannet i Schultz's laboratorium.)

Til sidst kan der være bakterier, der producerer helt nye proteiner. For at lave en milliardforretning, ja, vi har brug for et protein, siger Romesberg. Home Run er evnen til at producere terapeutiske proteiner med unaturlige aminosyrer i dem.

Synthorx' præstation kommer en smule til kort. Det lavede sit første protein ved at bryde dets E. coli op og bruge deres unaturlige gener til at lave et nyt proteinmolekyle i en reagensglasreaktion. Turner mener, at systemet kunne være interessant for lægemiddelvirksomheder, som kunne bruge det til at generere ideer til nye lægemidler. Man kunne lave en million proteiner med unaturlige aminosyrer, siger han.

Syntetiske organismer kan føre til andre typer produkter, herunder nye vacciner. Det kan for eksempel være muligt at lave en tuberkulosebakterie med unaturligt DNA i. Det ville være en ægte, levende kim. Men uden noget råmateriale til at kopiere dets gener (det vil sige ingen ekstern kilde til kemikalierne X og Y) kunne du give det til en person uden at bekymre dig om, at det ville gøre dem syge. Hvis det var tuberkulose, men også godartet, ville det være den perfekte vaccine, siger Schultz.

Court Turner, til venstre, CEO for Synthorx, ser på resultaterne af et syntetisk biologisk eksperiment.

Syntetiske livsformer har implikationer langt ud over nye produkter. Romesberg og Schultz er en del af en kadre af videnskabsmænd, der har stillet det grundlæggende spørgsmål om, hvorvidt livet kunne have udviklet sig på andre måder end den, vi kender. Vil livet på Mars have en femte og sjette base? Steven Benner, en syntetisk biolog og en grundlægger af Foundation for Applied Molecular Evolution i Gainesville, Florida, spørger. Benner, der arbejder sammen med NASA for at finde liv på andre planeter, foreslår, at syntetisk biologi også kan forbedre evnen til at opdage nye jordiske livsformer. Måske findes de på jorden, men vi ved bare ikke, hvad vi skal kigge efter, siger han. Det tvinger dig til at stille uscriptede spørgsmål for at udfordre dine grundlæggende kernehypoteser.

Synthorx er ikke den eneste startup, der ønsker at udvide livskoden af ​​kommercielle årsager. Ambrx, et andet firma i San Diego , bruger unaturlige aminosyrer i samarbejde med store lægemiddelfirmaer som Eli Lilly og Merck. Og sidste januar holdt Harvard University-videnskabsmanden George Church og hans tidligere studerende, Farren Isaacs fra Yale, en pressekonference for at annoncere deres eget gennembrud. Isaacs og Church beskrev, hvordan de i separate eksperimenter skabte, hvad de kaldte en genomisk omordnet organisme eller GRO. De havde ikke ændret DNA-bogstaverne, men de havde kapret nogle få kodoner for at få dem til at bruge kunstige aminosyrer.

Church og Isaacs annoncerede for nylig, at de havde dannet et Boston-baseret firma, enEvolv , at levere sådanne GRO'er til brug for industrien til f.eks. at rydde op i olieudslip eller endda lave ost. Under en telefonkonference i januar med journalister erklærede Church, at vi sigter mod at modificere plante- og dyreceller, og måske planter og dyr.

En potentiel indvending mod teknologien er allerede åbenbar: ingen ved helt, hvad disse nye livsformer ville gøre, hvis de blev frigivet i naturen. Romesbergs E. coli er afhængig af en ekstern kilde til X og Y for at holde sig i live. Church hævder ligeledes, at hans GRO'er er sikre, fordi de afhænger af unaturlige aminosyrer, som kun leveres i laboratoriet. Tilbagehold disse og bakterierne dør.

Denne slags dræberafbryder er beregnet til at berolige enhver, der spekulerer på, hvad der sker, hvis bakterierne undslipper. Men det er ikke idiotsikkert. Både Romesberg og Church rapporterede, at en lille brøkdel af bakterierne formåede at glide de genetiske håndjern via mutation. Det betyder, at hvis de blev frigivet uden for laboratoriet, kunne en kunstig organisme på en eller anden måde opfange et erstatningskemikalie fra miljøet for at erstatte det kritiske, der blev fodret til det i laboratorierne. Eller det kan udveksle gener med andre organismer, det løber ind i uden for en laboratoriefad. En sådan begivenhed kunne tillade modificerede bakterier at leve og formere sig.

Schultz mener, at der vil være medicinsk brug af syntetiske organismer længe før de frigives til miljøet for at spise olie eller lave ost. Og når først syntetisk biologi fører til et nyt lægemiddel eller en ny vaccine, tror han, vil vi vænne os til tanken om at opfinde livet for vores eget bedste. Man er nødt til at vælge de mest nærliggende anvendelser af denne teknologi for at vise, hvad [den] virkelig kan gøre til gavn for menneskeheden, siger Schultz. Jeg tror, ​​at medicin er et område med ret indlysende anvendelser.

Denne originale version af denne artikel sagde forkert, at tuberkulose er forårsaget af en virus. Det er forårsaget af en bakterie.

skjule