211service.com
Synthetisch leven zoekt werk
In de editie van 15 mei 2014 van het tijdschrift Natuur , publiceerde het scheikundelab van Floyd Romesberg bij het Scripps Research Institute in San Diego een paper met de titel A Semi-Synthetic Organism with an Expanded Genetic Alphabet. Romesberg en zijn collega's hadden een bacterie gemaakt met chemische bouwstenen die, voor zover bekend, nooit deel hebben uitgemaakt van een aardse levensvorm.
Er waren eerdere claims geweest om leven te creëren. Genoompionier Craig Venter leidde een team dat een genoom vervaardigde voor een kiem die longontsteking bij koeien veroorzaakt, maar hun inspanning maakte gebruik van de bekende chemische basen van DNA, bekend onder de letters A, G, C en T. Romesberg's groep, anderzijds hand, twee extra letters toegevoegd, genaamd X en Y. Toen de bacteriën met succes X en Y repliceerden in volgende generaties, kon Romesberg's laboratorium beweren het eerste levende wezen te hebben gemaakt met een uitgebreide genetische code.
Mensen vroegen wat het probleem is, en ik zei: 'Stel je voor dat je een taal had met maar vier letters', zegt Romesberg. ‘Het zou onhandig zijn en het soort verhalen dat je zou kunnen vertellen, beperken. Stel je dus nog twee letters voor. Nu zou je interessantere verhalen kunnen schrijven.'
Nieuwe medicijnen zijn het meest voor de hand liggende verhaal dat met de technologie kan worden verteld. Een startend bedrijf genaamd Synthorx , opgericht door Romesberg en het durfkapitaalfonds Avalon Ventures, zegt dat het E. coli-bacteriën die X en Y bevatten, heeft uitgebuit om een eiwit te helpen produceren, een stap die de president en CEO van het bedrijf, Court Turner, beschrijft als onze baby-eenhoorn. Het bedrijf heeft het eiwit niet geïdentificeerd, behalve dat het goed is bestudeerd en dat ze er een nieuwe functie aan hebben toegevoegd, een manier waarop een ander medicijn zich op een specifieke plaats aan het eiwit kan hechten.
De technologie kan ook de weg vrijmaken voor nieuwe biotech-geneesmiddelen. Bijna al deze medicijnen, eiwitten zoals insuline of de bloedcel-booster erytropoëtine, worden gemaakt in een bacterie of een andere cel. Maar synthetisch DNA zou enorm kunnen uitbreiden welke medicijnen mogelijk zijn. Dat komt omdat een normale cel eiwitten bouwt uit slechts 20 aminozuren, die ze aan elkaar rijgt tot lange ketens. Welk aminozuur het volgende wordt toegevoegd, wordt gespecificeerd door DNA-sequenties van drie letters, codons genaamd.
Hoewel de wiskunde ingewikkeld wordt, heeft Romesberg met de toevoeging van de nieuwe basen X (chemische naam d5SICS) en Y (chemische naam dNaM), het aantal mogelijke codons ongeveer verdrievoudigd en theoretisch het aantal verschillende aminozuren dat een cel zou kunnen verhogen verhoogd tot 172. een eiwit opbouwen van (zie deze verklarende afbeelding ).
Wetenschappers van Synthorx werken aan een systeem om eiwitten te produceren met behulp van gedeeltelijk synthetisch DNA.
Dat is belangrijk omdat wetenschappers duizenden kunstmatige aminozuren hebben uitgevonden. Het was alleen niet zo eenvoudig om er eiwitten van te maken. In tegenstelling tot conventionele medicijnen, waar scheikundigen uitstekende controle uitoefenen over de positie van elk atoom, hebben ze met eiwitten meestal nog steeds een levend wezen nodig om hun productie voor hen te doen. Als je bij hele eiwitten komt, verliezen scheikundigen echt het vermogen. Eiwitmoleculen zijn te complex, te groot, zegt Peter Schultz, een Scripps-bioloog. (Romesberg getraind in het laboratorium van Schultz.)
Uiteindelijk kunnen er bacteriën zijn die geheel nieuwe eiwitten produceren. Om een miljardenbusiness te maken, ja, we hebben een eiwit nodig, zegt Romesberg. De homerun is het vermogen om therapeutische eiwitten te produceren met onnatuurlijke aminozuren erin.
De prestatie van Synthorx schiet daar een beetje achter. Het maakte zijn eerste eiwit door zijn E. coli te breken en hun onnatuurlijke genen te gebruiken om een nieuw eiwitmolecuul te maken in een reageerbuisreactie. Turner denkt dat het systeem interessant kan zijn voor farmaceutische bedrijven die het kunnen gebruiken om ideeën voor nieuwe medicijnen te genereren. Met onnatuurlijke aminozuren kun je een miljoen eiwitten maken, zegt hij.
Synthetische organismen kunnen leiden tot andere soorten producten, waaronder nieuwe vaccins. Je zou bijvoorbeeld een tuberculosebacterie kunnen maken met onnatuurlijk DNA erin. Het zou een echte, levende kiem zijn. Maar zonder enige grondstof om zijn genen te kopiëren (dat wil zeggen, geen externe bron van de chemicaliën X en Y), zou je het aan een persoon kunnen geven zonder je zorgen te maken dat het hem ziek zou maken. Als het tbc was, maar ook goedaardig, zou dat het perfecte vaccin zijn, zegt Schultz.
Court Turner, links, de CEO van Synthorx, kijkt naar de resultaten van een experiment met synthetische biologie.
Synthetische levensvormen hebben implicaties die veel verder gaan dan nieuwe producten. Romesberg en Schultz maken deel uit van een groep wetenschappers die de fundamentele vraag hebben gesteld of het leven zich op een andere manier had kunnen ontwikkelen dan we gewend zijn. Zal het leven op Mars een vijfde en zesde honk hebben? Steven Benner, een synthetisch bioloog en een oprichter van de Foundation for Applied Molecular Evolution in Gainesville, Florida, vraagt. Benner, die samenwerkt met NASA om leven op andere planeten te vinden, suggereert dat synthetische biologie ook het vermogen zou kunnen verbeteren om nieuwe aardse levensvormen te detecteren. Misschien bestaan ze op aarde, maar we weten gewoon niet waar we moeten zoeken, zegt hij. Het dwingt je om niet-gescripte vragen te stellen om je fundamentele kernhypothesen uit te dagen.
Synthorx is niet de enige startup die om commerciële redenen de levenscode wil uitbreiden. Ambrx, een ander bedrijf uit San Diego , gebruikt onnatuurlijke aminozuren in samenwerking met grote farmaceutische bedrijven zoals Eli Lilly en Merck. En afgelopen januari hielden wetenschapper George Church van Harvard University en zijn voormalige student Farren Isaacs van Yale een persconferentie om hun eigen doorbraak aan te kondigen. Isaacs en Church beschreven hoe ze in afzonderlijke experimenten creëerden wat ze een genomisch opnieuw geordend organisme of GRO noemden. Ze hadden de DNA-letters niet veranderd, maar ze hadden een paar codons gekaapt om ze kunstmatige aminozuren te laten gebruiken.
Church en Isaacs hebben onlangs aangekondigd dat ze een in Boston gevestigd bedrijf hebben opgericht, enEvolv , om dergelijke GRO's te leveren voor gebruik door de industrie om bijvoorbeeld olielekken op te ruimen of zelfs kaas te maken. Tijdens een telefoonconferentie met verslaggevers in januari verklaarde de kerk dat we streven naar het aanpassen van planten- en dierencellen, en misschien planten en dieren.
Een potentieel bezwaar tegen de technologie is al duidelijk: niemand weet precies wat deze nieuwe levensvormen zouden doen als ze in het wild zouden worden vrijgelaten. E. coli van Romesberg is afhankelijk van een externe bron van X en Y om in leven te blijven. Church stelt ook dat zijn GRO's veilig zijn omdat ze afhankelijk zijn van onnatuurlijke aminozuren die alleen in het laboratorium worden geleverd. Houd deze achter en de bacteriën sterven.
Dit soort kill-schakelaar is bedoeld om iedereen te kalmeren die zich afvraagt wat er gebeurt als de bacteriën ontsnappen. Maar het is niet waterdicht. Zowel Romesberg als Church meldden dat een klein deel van de bacteriën erin slaagde de genetische handboeien te laten glijden via mutatie. Dat betekent dat als ze buiten het laboratorium zouden worden vrijgegeven, een kunstmatig organisme op de een of andere manier een vervangende chemische stof uit de omgeving zou kunnen opruimen om de kritieke stof die eraan in de laboratoria wordt gevoerd te vervangen. Of het kan genen uitwisselen met andere organismen die het buiten een laboratoriumschaal tegenkomt. Een dergelijke gebeurtenis kan ervoor zorgen dat gemodificeerde ziektekiemen kunnen leven en zich kunnen voortplanten.
Schultz denkt dat synthetische organismen medicinaal zullen worden gebruikt lang voordat ze in het milieu terechtkomen om olie te eten of kaas te maken. En zodra synthetische biologie tot een nieuw medicijn of vaccin leidt, denkt hij, zullen we wennen aan het idee om het leven voor ons eigen bestwil uit te vinden. Je moet de meest nabije toepassingen van deze technologie kiezen om te laten zien wat [het] echt kan doen voor het welzijn van de mensheid, zegt Schultz. Ik denk dat geneeskunde een gebied is met vrij voor de hand liggende toepassingen.
In deze originele versie van dit artikel wordt ten onrechte gezegd dat tuberculose wordt veroorzaakt door een virus. Het wordt veroorzaakt door een bacterie.