Τι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ένα συνθετικό ανθρώπινο γονιδίωμα;

Είναι σαν το υλικό της επιστημονικής φαντασίας.

Εκκινήστε τον υπολογιστή σας. Επιλέξτε τα γνωρίσματα που θέλετε - ίσως καστανά μάτια ή μουσικές ικανότητες ή αντοχή στον καρκίνο.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Και πατήστε εκκίνηση.

Μια μηχανή στο εργαστήριό σας αρχίζει να συνδυάζει τα χημικά δομικά στοιχεία του DNA.

Στο τέλος, θα χρειαστείτε ολόκληρο τον γενετικό κώδικα - ή το γονιδίωμα - για να δημιουργήσετε έναν άνθρωπο σχεδιασμένο σύμφωνα με τις ακριβείς σας προδιαγραφές.

Μερικοί κριτικοί ανησυχούν ότι αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να οδηγήσει σε μωρά σχεδιαστών ή σε γενετικά υπεράνια.

Ωστόσο, η ομάδα ερευνητών λέει ότι τα σχέδιά τους είναι λιγότερο φανταστικά, αν και ακριβώς όπως το παιχνίδι αλλάζει για τον τομέα της γενετικής μηχανικής.

Διαβάστε περισσότερα: Τι είναι η γονιδιωματική; »

Γράφοντας το ανθρώπινο γονιδίωμα πιο φτηνά

Το ανθρώπινο γονιδίωμα αποτελείται από τέσσερις χημικές υπομονάδες - νουκλεοτίδια - που αποτελούν τον γενετικό κώδικα του DNA και των γονιδίων μας.

Η συγκεκριμένη σειρά των νουκλεοτιδίων καθορίζει τον τρόπο εμφάνισης και λειτουργίας του σώματός μας - αν και οι περιβαλλοντικές συνθήκες έχουν επίσης αποτέλεσμα.

Οι παραλλαγές στον γενετικό κώδικα μπορούν να οδηγήσουν σε ασθένειες όπως η νόσος του Tay-Sachs, η κυστική ίνωση και ακόμη και η τύφλωση του χρώματος. Η τροποποίηση αυτών των τμημάτων του γονιδιώματος θα μπορούσε να θεραπεύσει αυτές τις ασθένειες.

διαφήμισηΗ διαφήμιση

Οι επιστήμονες έχουν ήδη τη δυνατότητα να συνθέσουν ή να "γράψουν" τμήματα του DNA από τα νουκλεοτίδια.

Αυτό έγινε με βακτήρια, ιούς και μαγιά. Και ακόμη μικρότερα κομμάτια ανθρώπινου DNA.

Αλλά δεν είναι αρκετά γρήγορο ή αρκετά φθηνό για να συνθέσει τα 3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων που συνθέτουν ολόκληρο το ανθρώπινο γονιδίωμα.

Διαφήμιση

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι το νέο πρόγραμμα θα προσφέρει το ίδιο είδος τεχνολογικής ώθησης στο "γράψιμο" του DNA που το ανθρώπινο γονιδίωμα έκαμε για να «διαβάζουμε» τη γενετική μας δομή.

"Ο πρωταρχικός στόχος του HGP-write είναι να μειώσει το κόστος της μηχανικής και να δοκιμάσει γονιδιώματα μεγάλων κυττάρων (0,1 έως 100 δισεκατομμυρίων ζευγών βάσεων) σε κυτταρικές γραμμές κατά περισσότερο από 1, 000 φορές μέσα σε 10 χρόνια" 2 Ιουνίου στο περιοδικό Science.

Διαφήμιση

Αυτό θα περιλαμβάνει όχι μόνο το ανθρώπινο γονιδίωμα αλλά και άλλους οργανισμούς σημαντικούς για τη γεωργία, τη δημόσια υγεία και τις ιατρικές εφαρμογές.

Μια από τις προκλήσεις του να γίνει αυτό το έργο είναι να πάρει το ολοκληρωμένο γονιδίωμα ή μέρος του γονιδιώματος, σε ένα κύτταρο ξενιστή. Αυτός ο ξενιστής μπορεί να είναι κύτταρο θηλαστικού ή άλλος οργανισμός όπως τα βακτηρίδια

Ε.coli

.

Διαφήμιση

Η οικοδόμηση ενός γονιδιώματος από το μηδέν είναι επίσης πολύ διαφορετική από την τροποποίηση ενός υπάρχοντος γονιδιώματος - κάτι που μπορεί να γίνει τώρα με τεχνολογίες όπως το CRISPR / Cas9. Οι επιστήμονες θα πρέπει να σχεδιάσουν το γονιδίωμα έτσι ώστε να διατηρούν κανονικά το κύτταρο. Αυτό μπορεί να υποβοηθείται από τη χρήση λογισμικού υπολογιστή. Ένας από τους κύριους παίκτες του έργου είναι η εταιρεία λογισμικού Autodesk. ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Αλλά το πιο σημαντικό είναι ότι θα απαιτηθεί μεγαλύτερη κατανόηση για το τι κάνει κάθε τμήμα του γονιδιώματος και οι επιστήμονες μόλις αρχίζουν να γρατζουνίζουν την επιφάνεια.

Ωστόσο, η ομάδα ελπίζει ότι μια προσέγγιση "μάθησης από κτίριο" θα τους βοηθήσει να σημειώσουν πρόοδο στον τομέα αυτό.

"Ξέρετε όλα τα μέρη που χρειάζεστε [για να δημιουργήσετε ένα χρωμόσωμα], έτσι ώστε να πάρετε αυτά τα μέρη και να τα ξαναχτίσετε. Εάν είναι λειτουργικό, βλέπετε ότι είχατε δίκιο ", δήλωσε ο Torsten Waldminghaus, Ph. D., ένας συνθετικός μικροβιολόγος στο Κέντρο LOEWE για συνθετική μικροβιολογία στη Γερμανία, ο οποίος δεν συμμετέχει στο πρόγραμμα.

Όπως συνέβη και με το πρώτο Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος, θα πρέπει να αναπτυχθούν νέες τεχνολογίες στο δρόμο για την επιτάχυνση της διαδικασίας γραφής. Και για να γίνει φθηνότερη.

Οι ερευνητές θα ξεκινήσουν γράφοντας μικρότερα τμήματα του γονιδιώματος και θα δουλέψουν σε μεγαλύτερα κομμάτια. Αυτό θα έχει τελικά πλεονεκτήματα απόδοσης.

"Τα υλικά προϊόντα μπορεί να είναι αργά στην αρχή, αλλά γράφοντας το DNA πιο φτηνά και σε μεγάλη κλίμακα θα κάνουν τους ερευνητές πιο αποτελεσματικούς και περιεκτικούς στην εργασία τους, οδηγώντας σε πρακτικά απεριόριστες δυνατότητες έμμεσων προϊόντων", δήλωσε ο Danielle Tullman Ercek, Ph. Δ., Βιοχημικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, στο Berkeley, είπε στην Scientific American.

Περισσότερες πληροφορίες: Genomics vs. Genetics - Μια πιο προσεκτική ματιά »

Χρήσεις για συνθετικό ανθρώπινο γονιδίωμα

Πιθανές εφαρμογές που θα μπορούσαν να προκύψουν από αυτό το πρόγραμμα κυμαίνονται από σχετικά φυσιολογικό έως ηθικά αμφισβητήσιμο.

Ένα από αυτά τα πιλοτικά έργα είναι η δημιουργία κυττάρων "ultrasafe" ανθεκτικών σε ιούς και καρκίνο.

Αυτά θα μπορούσαν να έχουν τη μορφή βλαστικών κυττάρων. Αυτά εξετάζονται ήδη ως θεραπεία για καταστάσεις όπως η ρευματοειδής αρθρίτιδα και οι πνευμονικές παθήσεις.

Τα βλαστοκύτταρα εργάζονται για τη θεραπεία ασθενειών επειδή μπορούν να πολλαπλασιαστούν γρήγορα. Αλλά αυτό είναι επίσης ένα χαρακτηριστικό των καρκινικών κυττάρων. Μια από τις παρατεταμένες ανησυχίες σχετικά με τη θεραπεία με βλαστικά κύτταρα είναι ότι τα βλαστοκύτταρα θα μετατραπούν σε καρκινικά κύτταρα.

Αυτό θα μπορούσε να αποφευχθεί με το σχεδιασμό βλαστικών κυττάρων με ένα συνθετικό γονιδίωμα το οποίο είναι λιγότερο πιθανό να μεταλλαχθεί και να προκαλέσει καρκίνο.

"Μια παραλλαγή συνθετικής βιολογίας που κωδικοποιείται για να μην γίνει καρκίνος θα ήταν προτιμότερη", δήλωσε ο New Scientist, Paul Freemont, Ph. D., επικεφαλής του Τμήματος Δομικής Βιολογίας στο Imperial College του Λονδίνου.

Ένα συνθετικό γονιδίωμα θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την τροποποίηση του γονιδιώματος ενός άλλου ζώου. Τα όργανα από έναν "εξανθρωπισμένο" χοίρο θα μπορούσαν να είναι πιο κατάλληλα για μεταμόσχευση σε άτομα - λιγότερο πιθανό να απορριφθούν από το ανοσοποιητικό σύστημα του ατόμου.

Ένα πιλοτικό πρόγραμμα απαιτεί ακόμη και τη δημιουργία ενός «γονιδιώματος αναφοράς» που περιλαμβάνει τις πιο κοινές παραλλαγές όλων των γονιδίων.

Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να δοκιμαστούν οι γονιδιακές παραλλαγές μία προς μία για να δούμε πώς επηρεάζουν τη λειτουργία του σώματος ή την ανάπτυξη μιας νόσου.

"Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε αυτήν την κενή πλάκα, αυτό το απλό γιαούρτι της ανθρωπότητας, για να ρίξετε τα διαφορετικά γονίδια και να μάθετε" δήλωσε στο New Scientist ο George Church, Ph. D., καθηγητής γενετικής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.

Η ομάδα ελπίζει να ξεκινήσει το έργο της αργότερα αυτό το έτος με 100 εκατομμύρια δολάρια σε χρηματοδότηση από "δημόσιες, ιδιωτικές, φιλανθρωπικές, βιομηχανίες και ακαδημαϊκές πηγές από όλο τον κόσμο. "

Δρ. Ο Francis S. Collins, Ph. D., διευθυντής του Εθνικού Ινστιτούτου Υγείας (NIH), δήλωσε ότι το NIH, ένας από τους σημαντικότερους οργανισμούς χρηματοδότησης στις Ηνωμένες Πολιτείες, δεν έχει σχέδια να χρηματοδοτήσει αυτό το είδος έργου αυτή τη στιγμή.

Σε μια δήλωση, ο Collins ανέφερε ότι το NIH "δεν έχει εξετάσει το ενδεχόμενο να είναι σωστό να χρηματοδοτήσει ένα έργο μεγάλης κλίμακας προσανατολισμένο στην παραγωγή" όπως αυτό που προτείνεται.

Το συνολικό κόστος για το 10ετές πρόγραμμα θα είναι πιθανότατα τεράστιο, αλλά η ομάδα αναμένει να κοστίσει λιγότερο από τα 3 δισεκατομμύρια δολάρια που δαπανήθηκαν για το πρώτο έργο του ανθρώπινου γονιδιώματος.

Μερικοί ερευνητές είπαν στη Φύση ότι το έργο ήταν άσκοπα συγκεντρώνοντας τις προσπάθειες που γίνονται ήδη σε εταιρείες που δραστηριοποιούνται σε αυτόν τον τομέα.

Άλλοι επικριτές αμφισβητούν εάν τα δηλωμένα οφέλη της ομάδας δικαιολογούν το κόστος.

"Νομίζω ότι η ανάπτυξη εργαλείων για τη δημιουργία μεγάλων γενετικών αλληλουχιών είναι ένας σημαντικός ανθρώπινος στόχος. Δημιουργώντας ένα εντελώς νέο [ανθρώπινο] γονιδίωμα - αυτό είναι ένα διαφορετικό είδος ενός έργου ", δήλωσε ο κ. Laurie Zoloth, Ph.D., βιοθεραπευτής στο Πανεπιστήμιο Northwestern.

Σε μια προσπάθεια να μετριαστούν οι φόβοι ότι οι επιστήμονες θα δημιουργήσουν μια νέα φυλή υπεράνθρωπων, ο συνδιευθυντής της ομάδας δήλωσε στην Scientific American ότι τα κύτταρα που περιέχουν ένα συνθετικό γονιδίωμα θα σχεδιάζονται έτσι ώστε αν κάποιος μεγαλώσει ποτέ σε έναν πλήρη άνθρωπο, μπορεί να αναπαραχθεί.

«Δεν προσπαθούμε να δημιουργήσουμε μια ομάδα κλώνων ή να ξεκινήσουμε μια νέα εποχή ευγονικής», δήλωσε στο Scientific American ο Jef Boeke, Ph. D., συνθετικός βιολόγος στο ιατρικό κέντρο NYU Langone. "Αυτό δεν είναι το σχέδιο. "