211service.com
Een machine die de evolutie versnelt
In plaats van het genoom letter voor letter te veranderen, zoals de meeste genetische manipulatie wordt gedaan, George kerk en zijn collega's hebben een nieuwe technologie ontwikkeld die bijna gelijktijdig 50 veranderingen in een bacterieel genoom kan aanbrengen - een vooruitgang die kan worden gebruikt om de aanmaak van bacteriën die beter zijn in het produceren van medicijnen, voedingsstoffen of biobrandstoffen aanzienlijk te versnellen.
Betere fouten: Met behulp van een speciaal ontworpen machine (hier afgebeeld), kunnen wetenschappers snel tot 50 genetische veranderingen in bacteriën construeren, waardoor de zoektocht naar het ontwerpen van bacteriële fabrieken die op efficiënte wijze medicijnen, biobrandstoffen en andere chemische producten kunnen produceren, drastisch wordt versneld.
Wat ooit maanden duurde, duurt nu dagen, zegt Stephen del Cardayré, vice-president van onderzoek en ontwikkeling bij LS9, een biobrandstoffenbedrijf in South San Francisco waarvan Church een van de oprichters is. LS9 is van plan binnenkort de technologie, multiplex-automated genomic engineering of MAGE genaamd, te gebruiken om de ontwikkeling van bacteriële cellen te versnellen die goedkope hernieuwbare brandstoffen en chemicaliën kunnen produceren.
In de traditionele stapsgewijze benadering van genetische manipulatie sleutelen wetenschappers gen voor gen aan het metabolische systeem van een cel, in een poging sommige reacties op te drijven en andere te dempen. Maar deze methode is traag en onvoorspelbaar. Het metabolisme van een cel bestaat uit miljoenen ingewikkeld met elkaar verweven reacties, dus het aanbrengen van een specifieke verandering in een gen dat bij één reactie betrokken is, levert mogelijk niet het gewenste resultaat op, of kan schadelijke bijwerkingen veroorzaken.
In plaats daarvan vallen Church en zijn medewerkers het genoom op grote schaal aan. Ze ontwerpen talrijke genetische veranderingen die gericht zijn op genen in het hele genoom, en implementeren ze vervolgens allemaal tegelijk, op zoek naar de resulterende bacteriestam die het best het gewenste product kan produceren. Het stelt je in staat om veel sneller aanpassingen aan het genoom aan te brengen dan de traditionele eenstapsprocessen die we hebben, zegt Kristala Jones-Prather, een metabolisch ingenieur aan het MIT die niet direct betrokken was bij het onderzoek.
Met de MAGE-technologie genereren wetenschappers eerst 50 korte DNA-strengen, die elk een sequentie bevatten die lijkt op een gen of genregulerende sequentie in het bacteriële doelwitgenoom, maar die op de een of andere manier is bijgewerkt - met een verandering die een enzym meer zou kunnen maken. efficiënt te zijn, of de productie van een bepaald eiwit te stimuleren.
Het DNA wordt gemengd in een flesje bacteriën, dat vervolgens in een op maat gemaakte machine wordt gedaan die is ontworpen in het laboratorium van Church. In de machine wordt het mengsel onderworpen aan een nauwkeurig gechoreografeerde routine van temperatuur- en chemische cycli die de bacteriecellen aanmoedigen om het vreemde DNA op te nemen en het in hun genomen om te wisselen in plaats van het oorspronkelijke stuk waar het op lijkt. Men denkt dat de enkelstrengige stukjes DNA de DNA-replicatiemachinerie van de cel vervalsen, naar binnen sluipen en een gat vullen tijdens het replicatieproces, zegt Church. Elke generatie van de zich snel voortplantende bacteriën neemt meer van het vreemde DNA op, waardoor uiteindelijk een populatie ontstaat die alle gewenste genetische veranderingen heeft.
Als testrun van het apparaat creëerden Church en zijn team bacteriën die efficiënter lycopeen konden produceren, een antioxidant die overvloedig aanwezig is in tomaten. Ze ontwierpen DNA-strengen die zich richten op genen waarvan bekend is dat ze betrokken zijn bij de productie van lycopeen, en volgden vervolgens meerdere buizen met gemanipuleerde bacteriën op de productie van de felrode verbinding. In slechts drie dagen hadden ze een stam gegenereerd die vijf keer meer lycopeen kon produceren, volgens bevindingen die deze maand op een conferentie op Harvard werden gepresenteerd. De beste lycopeenproducent had 24 genetische veranderingen - vier die de geblokkeerde productie van het eiwit van het gen voltooiden, en 20 die resulteerden in kleine of grote veranderingen in de expressie van dat gen.
Church en zijn medewerkers, die uiteindelijk van plan zijn een commerciële versie van het apparaat te maken, werken nu aan het maken van verschillende soorten chemicaliën, waaronder biobrandstoffen en drugsprecursoren.