Sentetik Biyolojideki Gelişmeler

0
270

Genom nakli

Haziran 2007’de, bilim adamları Amerika Birleşik Devletleri’ndeki J. Craig Venter Araştırma Enstitüsü (JCVI) sentetik biyolojiyi yeni bir seviyeye taşıyarak, bir tür bakterinin ( Mycoplasma mycoides ) tüm genomunu bir diğerinin ( Mycoplasma capricolum ) sitoplazmasına başarılı bir şekilde naklederek genom naklini gerçekleştirmiş oldular. Yeni bakteriler tamamen hücre bölünmesinden sonra fenotipik olarak (gözlemlenebilir özelliklerine benzer) doğal genlerinden yoksundu.

Sentetik genomlar

Ocak 2008’de, JCVI bilim adamları Daniel G. Gibson ve Hamilton O. Smith , bakterinin genomunun değiştirilmiş bir versiyonunu başarıyla kurdular. Sıfırdan M. genitalium . Bu, rekombinant DNA araştırmasının tek tek gen modifikasyonlarından belirgin bir şekilde farklıydı, çünkü çok sayıda gen, yeni bir genom yaratmak için birbirine bağlıydı. Sentetik genom, doğal olandan sadece biraz farklıydı; hafif farklılıklar genomun patojenik olmasını (hastalığa neden olma) sağladı ve aynı zamanda yapay olarak tanımlanmasına izin verdi. Bilim adamları bu yeni versiyonu adlandırdı. M. genitalium JCVI-1.0. 582,970 baz çiftine sahip olmak, önceden bir araya getirilmiş genomdan 10 kat daha uzundu. M. genitalium JCVI-1.0, her biri 5.000–7.000 nükleotid uzunluğunda, 101 adet özel yapılmış, üst üste binen “kaset” ten oluşmuştur. Deney için M. genitalium seçilmiştir çünkü in vitro (laboratuvar koşulları altında) yetiştirilebilen en basit doğal olarak meydana gelen bakteridir; onun genomu sadece 482 genden (artı 43 RNA kodlayan gen) oluşur.

2010 yılının Mayıs ayında, JCVI araştırmacıları, 1.08 milyon baz çiftlik sentetik bir genom yarattıklarını ve bir bakterinin sitoplazmasına soktuklarını ve böylece sentetik bir genomla ilk işleyen yaşam formunu oluşturduğunu açıkladılar. Sentetik hücre M. mikcoides JCVI-syn1.0 olarak adlandırıldı . Genomu, doğal olarak ortaya çıkan M. mikropların genomu ile hemen hemen aynıydı , ancak sentetik bileşimini belirtmek için bazı genetik “filigranlar” vardı.

Minimal hücre kavramı

JCVI’deki bilim adamları, 100’den fazla genin, M.Ö. genitalium JCVI-1.0 genomundan işlevini feda etmeden (hangi 100 genin olduğundan emin olmasalar da) çıkarılabileceğini ileri sürdüler. Yaklaşık 381 genin bir genomunun, yaşamı sürdürmek için gerekli olan minimum boyut olduğuna inanılmaktadır. Araştırmacılar bu kısaltılmış genomu yaratmayı planladılar, daha sonra bir hücreye yerleştirildiler, böylece yapay bir yaşam formu yaratıyorlardı. Bu yaşam formunu aramayı planladılar. M. laboratorium ve bunun için bir patent başvurusu yaptılar. M. laboratorium , toprak, hava veya sudan kirletici maddeleri uzaklaştırabilen yeni yakıt türleri veya çevre temizleyicileri gibi çeşitli amaçlar için özelleştirilmiş bakteriler yaratmak için başka genlerin eklenebileceği bir şasi olarak kullanılacaktır.

2016 yılında JCVI ekibi o zamana kadar sadece 531.560 baz çifti ve 473 gen içeren M.cocoides JCVI-syn3.0, en küçük işlevsel sentetik hücre yarattı. JCVI-syn1.0’ın genomik olarak en aza indirilmiş bir versiyonu olan JCVI-syn3.0, bir bütün-genom tasarımı (DNA’yı seçerek ve işlevsel bir genom üretecek şekilde düzenleyerek) ve kimyasal sentezinin bir kombinasyonu kullanılarak üretildi. Sentezlenen genom daha sonra canlılığı test etmek için sitoplazmaya transplante edildi. JCVI-syn3.0, JCVI-syn1.0’a benzer biçimde benzer kolonileri başarıyla kopyaladı ve üretti.

Bio tuğla ve ksenon-nükleik asitler

Birçok bilim adamı, sentetik biyolojinin sadece yaşamın makineleri hakkında yeni bilgiler ortaya çıkarmayacağından, aynı zamanda yeni biyoteknolojik uygulamaları da beraberinde getireceğinden şüpheleniyor. İzlenen iki ana uygulama biyoyakıtlardır ve farmasötikler. Örneğin, araştırmacılar antimalaryal ilacın sentetik üretimi üzerinde çalışıyorlar.Yavaş gelişen bir tür olan tatlı pelin bitkisinde ( Artemisia annua ) doğal olarak üretilen artemisinin. Sentetik biyoloji tekniklerini kullanarak bilim adamları, bitkinin DNA dizilerini ve artemisini üreten protein yollarını parçaladı ve bunları maya ve bakteri ile birleştirdi. Bu, sentetik artemisinin üretimini 1990’ların sonunda mümkün olan 10 milyon kat arttı.

Diğer bilim adamları, tümörleri yok edebilecek yeni bakteri biçimleri yaratmaya çalışarak, rekombinant DNA ile yapılan çalışmaya hala benzer olan bu “hücre fabrikası” yaklaşımının ötesine geçmiştir. Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı arasında (DARPA) ABD Savunma Bakanlığı biyolojik bilgisayarların yaratılmasına deneyler yapmaya başladı, ve diğer askeri bilim adamları hedeflenen olarak hareket edecek sıfırdan protein ve gen ürünlerini biyomühendisler çalışmaktadırlar.

Alanında biyoyakıtlar , birçok şirketteki bilim adamları, biyoyakıt üretmek için yoğun besleme stoklarını (şalter gibi) parçalayabilen mikroplar yaratmaya çalışıyorlar; Bu tür hammaddeler, şu anda kullanılan araçların fosil yakıtlarına göre daha verimli, daha ucuz ve çevresel olarak sürdürülebilir bir şekilde yetiştirilebilir, işlenebilir ve yakılabilir .

Amerikalı genetikçi ve biyokimyacı J. Craig Venter , mikropların genlerini değiştirmek için yağ salgılamasını sağladı. Ticari üretim için başarıyla ölçeklendirildiyse, bu organizmalar değerli yenilenebilir enerji kaynakları olarak hizmet edebilir.