Dünyanın dört bir yanından iki yüz bilim insanı, 5 yıldır ökaryotik organizmaların yapay sentezinde bir dönüm noktası yarattı.
10 Mart'ta "Science" 7 makale yayınladı Dünyanın ilk yapay olarak sentezlenmiş ökaryotik organizmanın üretim sürecinde aşamalı sonuçlarını tanıttı Uluslararası bilim adamlarının işbirliği ile maya genlerinin 16 kromozomundan 5'i yapay olarak sentezlendi. Daha önemlisi, gen sentezi görevlerinden dördü Çinli bilim adamları tarafından tamamlandı.
Maya Geni Sentezi Projesine katılan Çinli bilim adamlarının temsilcileri, soldan sağa: Li Bingzhi, Dai Junbiao, Yang Huanming, Yuan Yingjin, Shen Yue
Hepimizin bildiği gibi biyolojik alanda Prokaryotlar ile Ökaryot Türleri bölmek için önemli göstergelerden biridir. İkisi arasındaki fark, Genetik materyalin karmaşıklığı büyük ölçüde değişir. Genetik mühendisliğinde en sık kullanılan prokaryotik bakterilerin DNA'sı yaklaşık olarak 4 milyon baz çifti (Baz çifti, DNA'nın en temel birimidir, dört tip vardır: adenin-timin; sitozin-guanin). Geçmiş araştırma teknikleri, bakteriyel genomları başarıyla sentezlemiştir.
Ama tam tersine, Hayvanlar ve bitkiler tarafından temsil edilen ökaryotların DNA'sı çok karmaşıktır. Bu çalışmadaki mayayı örnek olarak alın, Yaklaşık 12 milyon baz çifti , Mantarlar, hayvanlar, bitkiler vb. Daha da fazladır, genellikle yüz milyonlarca hatta milyarlarca baz çift bilgi içerir. Bu nedenle, ileri organizmaların gen sentezini nihayet gerçekleştirebilmek için, Tek hücreli ökaryotik maya ile başlamalıyız.
Yukarıdaki resimde gösterildiği gibi, bilim adamları maya hücreleri oluşturmak için tamamen sentetik DNA kullanmaya çalışıyorlar.
ve bu yüzden, Saccharomyces cerevisiae Gen Kombinasyon Projesi (Sc2.0 Projesi) adlı bir araştırma projesi, 2012 yılında Amerikan Bilimler Akademisi'nden bir akademisyen olan Jeff Burke tarafından başlatıldı. Amerika Birleşik Devletleri, Çin (Tianjin Üniversitesi, Tsinghua Üniversitesi ve Shenzhen Huada Genetik Araştırma Enstitüsü), İngiltere, Fransa, Avustralya, Singapur ve diğer ülkeler Saccharomyces cerevisiae'nin 16 kromozomunu yeniden tasarlamayı ve sentezlemeyi amaçlayan 10 araştırma kurumundan 200 bilim insanı bir iş bölümüne katıldı ve işbirliği yaptı.
Bu konunun değeri, bir yandan İnsanların bazı temel biyolojik sorunları daha derinlemesine anlamalarına yardımcı olabilir. Şimdiye kadar, tüm bilimsel araştırma ekibi, maya yaşamını sürdürmek için hangi genlerin gerekli olduğu ve maya genişlemesi için hangi genlerin gerekli olduğu dahil olmak üzere mayayı anlamada büyük ilerleme kaydetti. Araştırmacılar birçok deneme ve hatadan çok şey öğrendi: Genetik kodda yapılan ince bir değişiklik, bir hücrenin ölü veya canlı olup olmadığını zaten belirleyebilir.
Öte yandan, daha önemli değer Daha ileri maya genetik mühendisliğinin uygulanmasını hızlandırabilir. Mayanın yeniden sentezi yoluyla, farklı amaçlar için çeşitli maya türlerini yetiştirmek aslında mümkündür.Örneğin, şekeri alkole dönüştürebilen bazı mayalar biyoyakıt veya şarap üretmek için kullanılabilirken, bazı mayalar bazılarını ayrıştırmak için kullanılabilir. protein. Uygulama sürecini hızlandırmak, mayayı ilaç, enerji, çevre, tarım, endüstri ve diğer alanlarla uyumlu hale getirebilir.
Bununla birlikte, maya gen sentezinin tüm süreci aslında Tamamen "ince havadan yaratılmış" değildir. Projenin bilimsel makalesinin ilk yazarı ve sentetik biyolog olan Sarah Richardson şunları söyledi: "Doğa kanunlarını ihlal etmedik. Maya genomunu yazmak daha çok Bir evcilleştirme eylemi Yaratıcı bir aktivite değil - tıpkı insanların bir köpek yaratmadığı gibi, Bir kurdu bir köpeğe dönüştürmekle aynı şey. "
Bu görüşle ilgili olarak, tüm ekibin görüşü nispeten tutarlı.New York Üniversitesi Langone Tıp Merkezi'nden Jef Boeke şunları söyledi: "Şu anda yaptığımız şey esasen mayanın evrimini hızlandırmak."
Jef Boeke
Aslında, geçmiş biyolojik deneylerde, Biyologların zaten emrinde birçok genetik mühendislik aracı var. gibi, CRISPR / Cas9 gen düzenleme teknolojisi Biyologların bir geni mükemmel şekilde "çıkarmasına" ve onu başka bir genle değiştirmesine izin verebilir, DNA rekombinasyon teknolojisi Bakterileri, diyabetik hastaların tedavisi için insan insülini üretmek üzere "ikna edebilir".
Tersine, Maya Projesi'nin yapması gereken, tüm genetik grubu yeniden yazmak ve sentezlemek. ve bu yüzden, Operasyonun zorluğu da hayal edilebilir . Burada, Bay DT, gen sentezinin 5 adımının tamamını açıklayacaktır:
1. Kromozomları bilgisayarda tasarlayın
Çünkü bilim adamları, havadan bir tane üretmek yerine şu anda var olan genomu düzenlerler. Böylece Bilgisayardaki maya kromozomlarının sıralama bilgilerine göre küçük değişiklikler yapın. Değişikliklerin çoğu genleri daha fazla yapmaya adanmıştır Anti-mutasyon. Bu durumda bilim adamlarının yaptığı değişiklikler ileride kolay kolay ortadan kalkmayacaktır.
Gen mutasyonu
Bu süreçte, DNA'da herhangi bir genetik kod taşımayan bölgeleri doldurmaya karşı korunmanın yanı sıra, bilim adamlarının da mayanın hayatta kalması için gerekli genleri bulmak için çok çalışması gerekiyor. Richardson, "Onlar üzerinde çalışırken dikkatli olmalısın," dedi.
2. Tasarımın fizibilitesini sağlayın
Bir mimar, hayalindeki en güzel binayı çizebilir, ancak mühendis inşa edilemeyeceğini söylüyorsa, hiçbir şey değildir. DNA tasarımı çok benzer. Kromozomlar küçük DNA parçalarından birleştirilmeli ve bu parçalar belirli yerlere yapıştırılmalıdır. Ama bazen Bazı DNA parçaları, montaj sırasında basitçe yapıştırılamaz.
3. DNA yapın
16 maya kromozomunun her biri 100.000 baz DNA çifti içerir. ama şimdi, Bu kadar çok baz çiftini mükemmel ve kararlı bir şekilde üretebilen bir DNA "yazıcısı" yoktur. ve bu yüzden, Bilim Ailenin, bir seferde 60 ila 100 baz çifti olmak üzere bloklar halinde DNA yapması gerekir. Richardson, "Hiçbir şeyin ters gitmemesi için her bölüm ayrı ayrı sentezlenmeli ve tasarımımızla karşılaştırılmalıdır" dedi.
Laboratuvar personeli, bu tür yaklaşık on gen bloğunu bir araya getirebildi. 600 baz çiftli bir DNA fragmanı yapmak için, sonra, Bu büyük parçaları, 10.000 baz çiftinden oluşan bir gen zinciri oluşturana kadar tekrar tekrar yapıştırdılar.
4. Orijinal kromozomları sentetik kromozomlarla değiştirin
Sıkı güvenlik denetimleri durumunda, Yeni sentetik kromozomlar aynı anda değil, parça parça eklenir. Bu çok zahmetli bir süreçtir. Herhangi bir gen segmentinde tüm hücrenin ölmesine neden olan bir hata varsa, genetik kodun o segmentinde bir sorun olduğunu bilirler.
5. Tüm sentetik kromozomları bir maya hücresine kapsülleyin
Önceki dört adım yalnızca bir kromozom yapma sürecidir ve maya toplam 16 kromozoma sahiptir. Sentezden önce, Bu 16 kromozom, farklı maya suşlarına dağıtılacaktır.
Bundan sonra çok zahmetli bir operasyon yapılacak, Bilim adamlarının maya türlerinin çiftleşmesine ve çoğalmasına izin vermesi gerekiyor. Yani 16 kromozomun tümü (artı ek bir yepyeni kromozom), Hepsi aynı hücreye girebilir.
Ancak bu, tamamen yeni bir tür yaratmak anlamına gelmez Maya 2.0, görünüş ve çalışma mekanizması bakımından sıradan maya hücrelerinden farklı değildir.
Maya hücresi
Kısacası bilim adamları, hayatı yoktan yaratmadıklarını defalarca vurguladılar. Boeke, "Bir sürü cansız kimyasalla başlamadık, onları karıştırmadık ve birdenbire hayattan atlamadık" dedi. "Canlı bir hücreden başlıyoruz ve içindeki DNA'yı değiştiriyoruz."
Ama bilim adamlarının yaptığı şey hala büyüleyici Yaşamı yaratmıyorlar, yaşamı güzelleştiriyorlar.
Bu sadece başlangıç? Daha şaşırtıcı insan gen sentezi
Maya gen kombinasyonu planlanmış olmasına rağmen Nihai hedef tam olarak tamamlanmadı, Ancak daha iddialı bir "genom projesi" defalarca tartışıldı. Amacı Bitkilerin veya daha yüksek düzeydeki hayvanların genomları sentezlenir ve hatta insanların genomları da dikkate alınır.
Ancak bu plan, daha başlamadan pek çok biyolog, çevreci ve etikçiyi endişelendirdi. Böyle bir fikir gerçekçi değildir ve aynı zamanda çok zor etik ve ahlaki konuları da içerir. Özellikle sentetik organizma doğal dünyaya girdiğinde, Beklenmedik hasara neden olabilir.
Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi Genetik Mühendisliği ve Toplum Merkezi'nde kıdemli bir araştırmacı olan Todd Kuiken, yanıt olarak şunları söyledi: "Bu, mevcut tür istilasına çok benziyor."
Tür istilası
Dahası, düşünüyorlar, Teröristler bu teknolojiyi son derece zararlı biyolojik silahlar yaratmak için kullanacaklar. Boeke dedi ki, Maya Projesi ayrıca ihtiyatlı önlemler ve sıkı bir inceleme sistemi benimsemiştir. Ama itiraf etti, İnsan genomunun son sentezi hala yüksek olasılıklı bir olaydır.
"Şu anda insanların endişelendiği en büyük endişe aniden bir insan" yaratacağımız "." Dedi Boeke, "ve biz çok ısrarcıyız. Teknolojimiz yalnızca hastalık tedavisiyle ilgili hücre mühendisliğine uygulanmalı ve gerçekten yaşayan bir yaratık yaratmaya çalışmamalıdır. "
Ek olarak, tamamen teknik bir bakış açısıyla, California, La Jolla'da sentetik bir genom bilimcisi olan Daniel Gibson'ın da çekinceleri var. MIT Technology Review'e şunları söyledi: Maya projesinden sorumlu ekibin kullandığı teknoloji yeterince gelişmiş değil ve bu tür bir teknoloji insan genomunu yapay olarak sentezleyemez.
Eşzamanlı, Büyük maliyet dikkate alınmaz, Sadece bu maya genomlarını sentezlemek, yaklaşık 1.25 milyon ABD dolarına mal olacak (pahalı işçilik maliyetleri dikkate alınmadan), vb. İnsan DNA'sını sentezlemek muhtemelen yaklaşık 300 milyon ABD dolarına mal olacak.
Daha önemlisi, Maya proje ekibi, görünüşe göre çevrenin sentetik organizmalar üzerindeki potansiyel etkisini hafife aldı Doğa ve laboratuvar iki dünyadır. Daniel Gibson, "Bu canlıları yaratmanın amacı, laboratuvar ortamında büyümelerine izin vermektir." Dedi.
Daniel Gibson
Dolayısıyla, mevcut durum söz konusu olduğunda, Yapay olarak sentezlenen insan kromozomları, esas olarak gelecekte gen terapisinde önemli bir rol oynayacaktır. Örneğin, küçük bir yapay kromozom, insan vücudundaki kusurlu tek bir genin yerini alır. Harvard Üniversitesi'nde biyolojik bir mühendis olan Pamela Silver, MIT Technology Review'e şunları söyledi: Bilim adamları bir gün, şu anki gibi büyük bir bilimsel araştırma ekibine ihtiyaç duymak yerine, kromozomları kolayca tasarlayıp inşa edebilecek.
Şu an için insan genlerinin sentezini düşünmek için henüz çok erken, bugün gelse bile, Bu uzun zaman sonra olmalı.
Bunun yerine, mevcut gen sentez teknolojisinin gerçekliğine daha fazla dikkat edin. Silver'ın dediği gibi: "Ne sentezlenirse edilsin, daha hızlı ve daha iyi gelişebilmesi için teknolojik bir sıçrama gereklidir."
