Biologisk teleporter skulle kunna så liv genom galaxen

Den första biologiska teleporteraren sitter i ett labb på den lägre nivån av San Diego-byggnaden som inrymmer Synthetic Genomics Inc. (SGI), och ser ut som en superstor utrustningsvagn.

Enheten är faktiskt ett konglomerat av små maskiner och labbrobotar, kopplade till varandra för att bilda en stor maskin. Men den här kan göra något oöverträffat: den kan använda överförd digital kod för att skriva ut virus.

I en serie experiment som kulminerade förra året använde SGI-forskare genetiska instruktioner som skickades till enheten från någon annanstans i byggnaden för att automatiskt tillverka DNA från det vanliga influensaviruset. De producerade också en funktionell bakteriofag, ett virus som infekterar bakterieceller.

Även om det inte var första gången någon gjorde ett virus från DNA-delar, var det första gången det gjordes automatiskt, utan mänskliga händer.

Enheten, som kallas en digital-till-biologisk omvandlare, presenterades i maj. Även om det fortfarande är en prototyp, kan instrument som det en dag sända biologisk information från platser för ett sjukdomsutbrott till vaccintillverkare, eller skriva ut personliga läkemedel på begäran vid patienternas sängkanter.

Vi har drömt, i ungefär ett decennium, om förmågan att faxa livsformer, säger Juan Enriquez, chef för Excel Ventures, ett riskkapitalföretag som har investerat i SGI, som föreställer sig en ny industriell revolution med den digital-biologiska omvandlaren som bomullsgin.

Craig Venter, den avhoppade biologen som grundade Synthetic Genomics 2005, men som inte längre tar en daglig roll i dess verksamhet, har sagt att han till och med tror att det kommer att vara möjligt att överföra livsformer mellan planeter.

Han har pratat med Elon Musk om det, säger Dan Gibson, SGI:s vice vd för DNA-teknik.

Influensavirus

Till skillnad från Venter, känd för skryt och stora vetenskapliga planer, är Gibson underskattad, även om den också är välkänd bland biologer för Gibson Assembly, en reaktion som förenar små bitar av laboratorietillverkat DNA till mycket större gener.

SGI:s BioXP 3200 , en kommersiell DNA-skrivare, utgör hjärtat av den digitala-till-biologiska omvandlaren . När Gibson, som sitter på sitt kontor, skickar ett meddelande till omvandlaren börjar den sitt arbete med förladdade kemikalier. Han kunde lika gärna skicka ett sådant meddelande var som helst.

I slutet av maj avslöjade Gibsons team hur de hade använt enheten för att skapa DNA, RNA, proteiner och virus på ett automatiserat sätt från digitalt överförda DNA-sekvenser utan mänsklig inblandning.

Arbetet med omvandlaren började runt 2013, när SGI och Novartis, läkemedelstillverkaren, gjorde ett test för att se om de kunde använda data från influensautbrott för att mycket snabbt konstruera frövirus, från vilka vacciner tillverkas.

Deras chans kom i mars samma år när kinesiska myndigheter rapporterade H7N9-influensainfektioner och publicerade buggens DNA-sekvensdata online. (H och N i influensatyper hänvisar till hemagglutinin och neuraminidas, proteiner på det yttre skalet av virus som kan kännas igen av det mänskliga immunförsvaret.) Det var påskdagen, minns Gibson, när jag fick ett e-postmeddelande som H7N9-fågeln influensa orsakade en hel del oro i Kina. Så vi kunde väldigt snabbt få DNA-sekvensen.

Två dagar senare, utan direkt tillgång till några prover, endast de digitaliserade sekvenserna, hade SGI syntetiserat H- och N-generna på Gibsons DNA-skrivare. Dessa DNA-strängar skickades till Novartis, som använde dem för att generera viruslager innehållande den nya genetiska informationen - den typ som används vid vaccinproduktion. Gibson säger att det var då idén till den digitala-till-biologiska omvandlaren blev verklig. Jag sa 'Kan vi inte integrera allt i en låda? minns han.

Gibson hoppas kunna förvandla enheten till en lönsam verksamhet. Föreställ dig, säger han, att Centers for Disease Control and Prevention i Atlanta reder ut de genetiska instruktionerna för en antikropp mot en sjukdom som ebola som hotar att skapa en epidemi. Den koden kunde strömmas digitalt till omvandlare på alla sjukhus runt om i världen för att börja tillverka motgiften. Det är något jag tror kommer att hända, inte inom en lång framtid.

Felproblem

Även om förmågan att programmera livet och få det att dyka upp på olika platser är häpnadsväckande, är det fortfarande diskutabelt hur användbart biologisk teleportering kommer att vara. Att skapa en liten mängd fröviruslager är viktigt, men det är bara ett steg i att tillverka tillräckligt med vaccin för ett helt land. De försvagade virus som går in i influensavaccin måste vanligtvis odlas med biljoner i hönsägg – en noggrant planerad process som tar ett halvår.

Och DNA-strängarna som görs av SGI:s omvandlare lider fortfarande av fel eller slumpmässiga mutationer. Denna mutationshastighet skulle vara oacceptabelt hög om du försöker göra ... vacciner eller läkemedel, sade virologen David Evans vid University of Alberta i ett e-postmeddelande. FDA skulle ha en ko.

Trots det säger Evans att även om det inte finns mycket nyhet i något särskilt steg, är det ganska imponerande att sätta ihop dem alla för att få funktionellt DNA att komma ut på baksidan... Åtgärda felproblemet och du skulle ha en enhet som alla skulle vilja ha.

Gibson säger att han attackerar felfrekvensproblemet och försöker också krympa omvandlaren till en hanterbar storlek. Just nu tar den nu ungefär samma utrymme som en Fiat 500-bil.

Panspermi

SGI har inte tryckt liv än – de flesta biologer anser inte att ett virus är levande. Men de kanske kommer dit. 2016 tillkännagav SGI skapandet av en minimal cell, en bakterie med det minsta genomet någonsin och som skulle kunna fungera som en sorts tom kassett för att acceptera nya genetiska instruktioner. Gibson säger att eftersom den minimala cellen är den enklaste livsformen kan det vara logiskt att försöka skriva ut en.

Några av SGI:s stödjare, inklusive Venter, antyder att det ultimata jobbet för en livsskrivare skulle vara att skicka liv fram och tillbaka mellan planeter. I ett scenario kunde en sekvenseringsmaskin skickas till Mars för att erhålla den genetiska koden för alla livsformer, eller nära-livsformer, som finns där.

Dessa data skulle kunna överföras till en jordbunden omvandlare, som skulle rekonstruera det främmande livet, kanske i ett högsäkerhetslabb. Ett SGI-team tillbringade tid med NASA-forskare i det karga Mojaveöknen 2013 testa aspekter av teorin. Vi laddade upp en forskningslabbuss med allt vi behövde, isolerade några prover och sekvenserade dem, säger Gibson.

Att skicka livsdata ut i rymden kan vara ännu mer intressant. Enligt en teori om hur liv uppstod på jorden, känd som panspermia, bars det hit på en meteor eller komet. Att skicka biologiska omvandlare ut i rymden kan vara mänsklighetens sätt att ge tillbaka tjänsten, säger Enriquez, och sår liv någon annanstans.

Jag [vill] göra något ur den här världen, att skicka en av dessa saker till Mars och skriva ut bränslen, eller skriva ut delar av en atmosfär, eller näringsämnen, säger han.

Detta väcker frågan om vilken livsform eller vilken genetisk sekvens som skulle vara först. Venter använde berömt (och i hemlighet) sitt eget DNA som grund för den första mänskliga genomsekvensen för en enskild person, publicerad 2003.

På frågan om Venter nu hade för avsikt att reproducera sitt genom på en annan planet sa både Gibson och Enriquez samma sak: Ingen kommentar.

Dölj