211service.com
Snel een genoom maken vanuit het niets
Er is een snelle DNA-synthesetechniek gebruikt om een compleet mitochondriaal genoom van de grond af te synthetiseren. De nieuwe methode zal worden gebruikt om snel vaccins te maken door een startend bedrijf genaamd Synthetic Genomics Vaccines.
Genoom maker: Daniel Gibson, een professor aan het J. Craig Venter Institute, ontwikkelt nieuwe manieren om DNA aan elkaar te hechten.
Met de nieuwe techniek kunnen biologen sneller dan voorheen grote stukken DNA samenstellen uit ontwerpen die op een computer zijn bewerkt. Onderzoekers aan de J. Craig Venter Instituut in Rockville, Maryland, gebruikte de methode om het volledige genoom te maken van een cellulair organel, de mitochondriën genaamd, een stap die zou kunnen leiden tot therapieën voor metabole ziekten. Synthetic Genomics werkt samen met farmaceutische gigant Novartis om de ontwikkeling van griepvaccins te versnellen met behulp van deze aanpak.
Door snel DNA te kunnen synthetiseren, kunnen we in 24 uur of minder een nieuw vaccin tegen griep maken, zegt J. Craig Venter , oprichter en voorzitter van het instituut. Het duurt nu enkele maanden om een nieuw griepvaccin te produceren.
Voorafgaand aan elk griepseizoen volgen epidemiologen het snel evoluerende griepvirus gedurende een periode van maanden, en de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) raadt welke drie stammen zich het meest waarschijnlijk zullen verspreiden. De WHO ontwikkelt vervolgens verzwakte versies van deze virussen, en deze zaadvoorraden worden gedistribueerd naar vaccinfabrikanten, die het verzwakte virusvaccin in kippeneieren uitbroeden, een proces dat 35 dagen duurt.
Onderzoekers van het J. Craig Venter Institute, onder leiding van instituutshoogleraar Daniel Gibson , hebben een techniek bedacht voor het synthetiseren van stukken DNA in het groottebereik van de virale genomen. Met het juiste uitgangsmateriaal kan het proces in een paar uur worden gedaan.
Werkend met een DNA-sequentie die is opgeslagen in een computerbestand, verdelen de onderzoekers deze eerst in overlappende stukjes die klein genoeg zijn om economisch en snel te maken van chemicaliën in flessen. Dit wordt gedaan met behulp van een standaardmachine die een DNA-synthesizer wordt genoemd. Verschillende stukken DNA worden vervolgens samengevoegd met een mix van enzymen die ze in ongeveer 15 minuten aan elkaar hecht. Langere stukken worden weer met elkaar samengevoegd en dezelfde mix van enzymen hecht ze aan elkaar tot een nog langer geordende reeks. De sleutel, zegt Gibson, was het vinden van de juiste combinatie van drie enzymen om alle DNA-fragmenten samen te voegen.
Dit voorjaar gebruikte de groep van Gibson een meer arbeidsintensieve techniek om de eerste synthetische cel te maken. Ze bewerkten een bacterieel genoom op de computer, synthetiseerden het met behulp van gist en transplanteerden het vervolgens in een andere bacteriesoort. Het gebruik van gist om het genoom in elkaar te zetten duurt even, omdat de gist een nacht moet groeien om DNA-fragmenten aan elkaar te hechten. Gist is nog steeds nodig om iets zo groot als een heel bacterieel genoom te maken, omdat het met veel meer DNA kan werken dan de chemicaliën die in de nieuwe methode worden gebruikt.
Om kleinere genomen te maken, waaronder die van vaccins, hebben de onderzoekers van het Venter Instituut geen gist nodig. Als ze de kortere stukjes DNA al hebben gemaakt, zegt Gibson, kunnen ze in één dag een hele voorraad vaccinzaden samenstellen, of het genoom van een cellulair organel zoals de mitochondriën. Dat is precies wat ze deden in het werk dat wordt beschreven in een artikel dat deze week in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur Methoden .
Het mitochondrion is een essentieel onderdeel van alle dierlijke cellen, speelt een belangrijke rol in het metabolisme, en het heeft zijn eigen genoom. Mitochondriale ziekten kunnen leiden tot doofheid, diabetes, spierzwakte, leerproblemen en vele andere problemen. Door de snelle DNA-synthesemethode te gebruiken om de mitochondriën te bestuderen, hopen we te zien wat deze problemen op genetisch niveau veroorzaakt en of we ze kunnen oplossen, zegt Gibson.
In de komende drie jaar zal Synthetische Genomics-vaccins zal samenwerken met Novartis om deze methoden te gebruiken om voorraden griepvaccins te maken. Novartis werkt aan een celgebaseerde vaccingroeimethode ter vervanging van de kippeneieren die tegenwoordig worden gebruikt om vaccins te kweken. Dit zou de noodzaak elimineren om de virussen voor vogels aan te passen, wat tijd toevoegt, en zou over het algemeen sneller moeten zijn. De aanpak is nog niet goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration, maar er lopen nog proeven.
Venter zegt dat de snellere DNA-synthesetechniek het ook mogelijk zou kunnen maken om nog sneller evoluerende pathogenen bij te houden die te snel veranderen om de conventionele vaccinontwikkeling bij te houden. Dit omvat HIV, malaria en rhinovirus - een van de oorzaken van verkoudheid.