211service.com
Wat is de toekomst van synthetische biologie?
Afgelopen juli creëerden wetenschappers de eerste synthetische cel, een organisme dat wordt bestuurd door een chemisch gesynthetiseerd genoom dat op een computer is bewerkt en in het laboratorium aan elkaar is genaaid. Een jaar later, biologen van de Vijfde jaarlijkse synthetische biologie conferentie aan de Stanford University worstelen nog steeds om de volgende stap in het veld te zetten. Ze tegenhouden zijn de grillen van de biologie zelf, en de kosten en tijd die nodig zijn om van idee tot ontwikkeld organisme te komen.
Terwijl de creatie van de synthetische cel, aan het J. Craig Venter Institute, hint naar een toekomst waarin synthetische biologen levende cellen kunnen herontwerpen om de taken die ze bedenken uit te voeren, is dat doel nog ver weg. Het meeste onderzoek was gericht op het overhalen van microben om taken uit te voeren die vergelijkbaar zijn met wat ze al doen, zoals het omzetten van suiker in brandstoffen met behulp van processen en materialen die lijken op degene die ze in de natuur gebruiken.
Synthetische biologie streeft ernaar om moleculaire biologie meer op engineering te laten lijken - met voorspelbare materialen en onderdelen die op voorspelbare manieren in elkaar kunnen worden gezet. Zoals de synthetische cel aantoont, hebben wetenschappers nu de tools om een bestaande genetische sequentie op een computer te bewerken, DNA-synthetiserende machines te gebruiken om deze in fragmenten te maken en deze in het laboratorium aan elkaar te naaien. (Deze route is slechts een van de vele die synthetische biologen volgen.) Maar het is nog steeds moeilijk te voorspellen wat cellen zullen doen nadat ze zijn gewijzigd. Onderzoekers worden vaak belemmerd door de natuurlijke drang van cellen om te groeien en te leven zoals ze willen, die in veel gevallen moet worden overwonnen om ze op een efficiënte manier iets nuttigs te laten doen.
Een van de grootste hindernissen ligt bij het maken en samenstellen van uitgangsmaterialen: modulaire stukjes DNA die coderen voor een bepaalde functie en die in het lab worden gesynthetiseerd. Het creëren van dit DNA is tijdrovend en kostbaar. Zoals elk commercieel product moet het worden ontworpen, gebouwd en getest. Zelfs het aanbrengen van relatief kleine veranderingen kan veel werk, veel tijd en veel geld kosten.
Sommige sequenties hebben twee maanden nodig om te synthetiseren, terwijl andere helemaal niet kunnen worden gemaakt om nog niet begrepen redenen, zei Reshma Shetty , medeoprichter van Ginkgo Bioworks, een startup die DNA-onderdelen assembleert. Shetty zei dat het bedrijf op software gebaseerde automatisering gebruikt om bouwstenen en andere onderdelen te ontwerpen, en om vloeistofverwerkingsrobots te besturen die ze samenvoegen met stukjes DNA die zijn besteld bij andere bedrijven die gespecialiseerd zijn in DNA-synthese. Het is deze laatste stap die momenteel een groot knelpunt is. Het bedrijf houdt bij hoe lang het duurt om de sequenties te maken en welke bronnen dit het snelst doen.
De kosten en tijd die gemoeid zijn met het creëren van nieuwe organismen beperken de creativiteit, zei Pamela Zilver , een professor in systeembiologie aan de Harvard University. Elke keer dat synthetisch biologen een nieuw ontwerp uitproberen, moeten ze betalen om het DNA te synthetiseren, wachten tot het terugkomt, het in cellen krijgen en het testen. Dit alles, zegt Silver, betekent dat synthetische biologen begrijpelijkerwijs terughoudend zijn om te falen en van hun mislukkingen te leren.
Ik geloof nog steeds in de droom dat sommigen van jullie uiteindelijk in staat zullen zijn om achter een computer te zitten, een experiment te ontwerpen en de volgende dag het DNA te krijgen, vertelde ze de menigte. Om synthetische biologie haar belofte waar te maken, moet DNA-synthese goedkoop, snel, voorspelbaar en nauwkeurig zijn - en openstaan voor iedereen, inclusief onderzoekers wiens laboratoria niet veel apparatuur of financiering hebben.
Gelukkig dalen de kosten van DNA-synthesetechnologie, net als die van DNA-sequencingtechnologie, snel. George kerk , directeur van het Center for Computational Genomics van Harvard, merkte in zijn toespraak op dat de kosten van zowel DNA-synthese als sequencing-technologieën in een verbazingwekkend tempo zijn gedaald - de laatste tijd met een factor 10 per jaar.