211service.com
Synthetische biologie kan de productie van griepvaccins versnellen
Synthetische biologie blaast nieuw leven in de ouderwetse wereld van vaccinproductie, waardoor de hoop wordt gewekt dat fabrikanten vaccins veel sneller kunnen vrijgeven wanneer zich uitbraken voordoen.
bij een bijeenkomst over synthetische biologie Geneesmiddelenbedrijf Novartis, gehouden aan het MIT, zei dat het hybride griepgenomen heeft gesynthetiseerd in een proces dat weken kan besparen op de tijd die nodig is om vaccins te produceren. Wanneer een nieuwe griepstam opduikt, sturen overheidsinstanties normaal gesproken monsters naar vaccinfabrikanten, die grote aantallen van de ziekteverwekker in kippeneieren kweken als uitgangsmateriaal voor vaccins, zegt Philip Dormitzer , leider van viraal vaccinonderzoek voor Novartis. Dit proces kan maanden duren en kan de piek van een uitbraak missen. Maar Novartis heeft in samenwerking met synthetisch biologen een manier ontwikkeld om virusgenomen chemisch te synthetiseren en te laten groeien in weefselkweekcellen. Dat bespaart tijd en kan effectievere vaccins opleveren.
Het idee is om op basis van sequentiegegevens een synthetisch virus te bouwen dat veel sneller kan worden verspreid dan het daadwerkelijke virusmateriaal dat op de plaats van een uitbraak is verzameld. Het synthetische virale genoom combineert een genomische ruggengraat die veel griepvirussen gemeen hebben met genen die specifiek zijn voor de stammen die worden waargenomen bij een nieuwe uitbraak. In 2011 testte het team zijn methode als reactie op een schijnuitbraak van een vogelgriepvirus (een nauw verwant aan het H7N9-virus dat zich momenteel in China verspreidt). Vanaf maandag om 8 uur dat jaar begon het team met het chemisch synthetiseren van een viraal genoom op basis van sequentiegegevens, zegt Dormitzer. De volgende vrijdag om 12.00 uur had het team bevestigd dat er een levend virus in celcultuur groeide.
Tot voor kort waren de meeste inspanningen op het gebied van synthetische biologie gericht op het manipuleren van bacteriën om gewenste verbindingen te produceren, zoals medicijnen (zie Microben kunnen massaal malariamedicijn produceren) of brandstof (zie Bacteriën maken diesel uit biomassa); ze hebben geen mensen of andere zoogdieren betrokken. Maar dat is aan het veranderen. Synthetische biologie van zoogdieren, waarbij de genetische circuits van zoogdieren worden gewijzigd, staat nog relatief in de kinderschoenen, zegt Jim Collins , een synthetisch bioloog aan de Boston University. Er zijn maar een handvol groepen in de ruimte, en het is erg moeilijk om die engineering te doen, zegt hij.
In ander werk dat op de Cambridge-bijeenkomst werd beschreven, Pam Zilver , een synthetisch bioloog aan de Harvard Medical School, presenteerde methoden voor celgebaseerd computergebruik, waarbij logische poorten kunnen worden gebouwd van gemanipuleerde eiwitten. Een toepassing van deze hulpmiddelen is een genetisch circuit dat cellen in staat stelt te onthouden of ze aan straling zijn blootgesteld, zelfs nadat de straling is verdwenen. Tot nu toe hebben zij en haar team zo'n circuit gebouwd in gistcellen, maar ze zegt dat de technologie kan worden overgedragen naar menselijke cellen. Dat zou een nuttige situatie kunnen zijn in therapie en op lange termijn voor ruimtereizen, en ook voor het simpelweg rapporteren over de ervaringen van cellen in het lichaam, zegt Silver.
Sommige pogingen om synthetische biologie toe te passen op de gezondheid zijn gericht op het programmeren van stamcellen om zich te gedragen als natuurlijk voorkomende cellen die door ziekte verloren zijn gegaan. Douglas Melton , een moleculair en celbioloog aan de Harvard University, programmeert stamcellen om de glucosegevoelige en insulineproducerende cellen te vervangen die verloren zijn gegaan bij type 1-diabetes. Deze aandoening ontstaat meestal door een auto-immuunreactie tegen de bètacellen van de pancreas, die het lichaam zonder insuline verlaat.
Melton en zijn laboratorium werken aan een technologie waarbij de bètacellen en andere cellen die betrokken zijn bij het reguleren van de bloedsuikerspiegel kunnen worden vervangen door ingekapselde verzamelingen rijpe cellen die zijn afgeleid van stamcellen. De uitdaging zal zijn om de uiteindelijke, gedifferentieerde celtypen te produceren met behulp van hormonen of andere chemische signalen om het ontwikkelingsproces te begeleiden. Wat je wilt begrijpen, is hoe je de cel moet instrueren welke genen hij moet in- en uitschakelen, zegt Melton.
Maar het repliceren van de natuurlijke processen van cellulaire ontwikkeling is niet eenvoudig. Melton zegt dat zijn groep bètacellen kan maken die insuline produceren, maar het proces is onvolmaakt. Ongeveer de helft van de cellen doet wat je wilt doen, zegt hij. We weten niet hoe we de cellen moeten vertellen dat het alleen bètacellen zijn. En de gekweekte bètacellen hebben niet de fijn afgestemde reactie op glucose die de lichaamscellen hebben: bètacellen moeten glucosespiegels detecteren en vervolgens de juiste hoeveelheid insuline spuiten, zegt hij. Onze cellen zullen reageren op glucose, maar niet met nauwkeurige detectiemechanismen. Ze dumpen insuline meestal bij het eerste [teken] van glucose.
Andere onderzoekers hopen geheel nieuwe circuits in cellen te ontwikkelen om diabetespatiënten te helpen. Martin Fussenegger , een bio-ingenieur aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie, beschreef een moleculair systeem waarin cellen worden gemodificeerd met genen die lage pH-waarden in het bloed kunnen detecteren, een teken van een diabetische toestand. Als reactie, zegt hij, zullen de gemanipuleerde cellen insuline produceren om de bloedsuikerspiegel beter te reguleren en de diabetische toestand te kalmeren.
Dit soort engineering is meestal afhankelijk van virussen om genen te wijzigen, zodat cellen nuttige taken kunnen uitvoeren. Maar die methode is riskant: het geïntroduceerde DNA zou op een ongelukkige plek in het genoom kunnen integreren die tot kanker zou kunnen leiden. Harvey Lodish , een celbioloog aan het MIT, werkt aan een technologie die dat probleem zou kunnen vermijden: in het laboratorium gemaakte rode bloedcellen. Nadat deze cellen zijn aangepast, schoppen ze het virus eruit tijdens hun natuurlijke ontwikkelingsproces.
Het mooie van rode bloedcellen is dat ze vrijwel de enige cel in het lichaam zijn zonder kern, zegt Lodish. Tegen de tijd dat ze in omloop komen, hebben ze hun DNA verloren en zijn ze 120 dagen stabiel zonder risico op tumoren.
In de methode van Lodish draagt een retrovirus een nieuw gen in het genoom van voorlopercellen die uiteindelijk rode bloedcellen zullen produceren. De cel gebruikt dat nieuwe gen om een aangepaste versie van eiwitten te produceren die op het oppervlak van de rijpe rode bloedcel blijven zitten, zelfs nadat de cel zijn DNA heeft verloren. Het gemodificeerde oppervlakte-eiwit is zo ontworpen dat er gemakkelijk andere verbindingen aan kunnen worden gehecht - antilichamen die giftige stoffen in het bloed kunnen opzuigen, of medicijnen met kleine moleculen om kankers of andere zieke cellen aan te vallen. Lodish gelooft dat de technologie een veiligere benadering is om synthetische biologie in het menselijk lichaam te gebruiken.