211service.com
Syntetisk biologi kan påskynda produktionen av influensavaccin
Syntetisk biologi blåser nytt liv i den gammaldags vaccinproduktionsvärlden, vilket väcker förhoppningar om att tillverkare kan släppa ut vaccin mycket snabbare när utbrott inträffar.
Vid en möte om syntetisk biologi som hölls vid MIT, sa läkemedelsföretaget Novartis att det har syntetiserat hybridinfluensa-genom i en process som skulle kunna raka veckor bort från den tid som krävs för att producera vacciner. När ny influensastam uppstår skickar statliga myndigheter normalt prover till vaccintillverkare, som odlar stora mängder av patogenen i kycklingägg som utgångsmaterial för vacciner, säger Philip Dormitzer , ledare för virusvaccinforskning för Novartis. Denna process kan ta månader och kan missa toppen av ett utbrott. Men Novartis, som arbetar med syntetiska biologer, har utvecklat ett sätt att kemiskt syntetisera virusgenom och odla dem i vävnadsodlingsceller. Det sparar tid och kan ge effektivare vacciner.
Tanken är att bygga ett syntetiskt virus baserat på sekvensdata som kan distribueras mycket snabbare än faktiskt viralt material som skördats på platsen för ett utbrott. Det syntetiska virala genomet kombinerar en genomisk ryggrad som är gemensam för många influensavirus med gener specifika för de stammar som sågs i ett nytt utbrott. Under 2011 testade teamet sin metod som svar på ett skenutbrott av ett fågelinfluensavirus (ett nära besläktat med H7N9-viruset som för närvarande sprider sig i Kina). Med start klockan 8 på måndagen samma år började teamet kemiskt syntetisera ett viralt genom baserat på sekvensdata, säger Dormitzer. Vid middagstid följande fredag hade teamet bekräftat att det hade levande virus som växte i cellkultur.
Fram till nyligen har de flesta syntetiska biologiinsatser fokuserat på att utveckla bakterier för att producera önskvärda föreningar som läkemedel (se Mikrober kan massproducera malarialäkemedel) eller bränsle (se Bakterier gör diesel från biomassa); de har inte involverat människor eller andra däggdjur. Men det håller på att förändras. Däggdjurs syntetiska biologi, som involverar modifiering av däggdjurs genetiska kretsar, är fortfarande i relativ linda, säger Jim Collins , en syntetisk biolog vid Boston University. Det finns bara en handfull grupper i utrymmet, och det är väldigt svårt att göra den tekniken, säger han.
I annat arbete som beskrevs vid mötet i Cambridge, Pam Silver , en syntetisk biolog vid Harvard Medical School, presenterade metoder för cellbaserad beräkning, där logiska grindar kan byggas från konstruerade proteiner. En tillämpning av dessa verktyg är en genetisk krets som gör det möjligt för celler att komma ihåg om de utsattes för strålning, även efter att strålningen är borta. Hittills har hon och hennes team byggt en sådan krets i jästceller, men hon säger att tekniken kan överföras till mänskliga celler. Det kan vara en användbar situation i terapi och på lång sikt för rymdresor, och även för att bara rapportera om upplevelser av celler i kroppen, säger Silver.
Vissa ansträngningar för att tillämpa syntetisk biologi på hälsa fokuserar på att programmera stamceller för att bete sig som naturligt förekommande celler som har gått förlorade på grund av sjukdom. Douglas Melton , en molekylär och cellbiolog vid Harvard University, programmerar stamceller för att ersätta de glukosavkännande och insulinproducerande cellerna som förloras i typ 1-diabetes. Detta tillstånd uppstår vanligtvis från en autoimmun reaktion mot betacellerna i bukspottkörteln, som lämnar kroppen utan insulin.
Melton och hans labb arbetar mot en teknik där betacellerna och andra celler som är involverade i att reglera blodsockret kan ersättas av inkapslade samlingar av mogna celler som härrör från stamceller. Utmaningen blir att producera de slutliga, differentierade celltyperna med hjälp av hormoner eller andra kemiska signaler för att styra utvecklingsprocessen. Det man vill förstå är hur man instruerar cellen om vilka gener den ska slå på och av, säger Melton.
Men att replikera de naturliga processerna för cellulär utveckling är inte lätt. Melton säger att hans grupp kan göra betaceller som producerar insulin, men processen är ofullkomlig. Ungefär hälften av cellerna gör som man vill, säger han. Vi vet inte hur vi ska berätta för cellerna att bara vara betaceller. Och de odlade betacellerna har inte det finjusterade svar på glukos som kroppens celler gör: Betaceller måste känna av glukosnivåer och sedan spruta ut rätt mängd insulin, säger han. Våra celler kommer att reagera på glukos, men inte med exakta avkänningsmekanismer. De dumpar vanligtvis insulin på det första [tecknet] på glukos.
Andra forskare hoppas kunna konstruera helt nya kretsar till celler för att hjälpa diabetespatienter. Martin Fussenegger , en bioingenjör vid det schweiziska federala institutet för teknologi, beskrev ett molekylärt system där celler modifieras med gener som kan upptäcka låga pH-nivåer i blodet, ett tecken på ett diabetiskt tillstånd. Som svar, säger han, kommer de konstruerade cellerna att producera insulin för att bättre reglera blodsockernivåerna och lugna det diabetiska tillståndet.
Denna typ av ingenjörskonst beror vanligtvis på virus för att modifiera gener så att celler kommer att utföra användbara uppgifter. Men den metoden är riskabel: det introducerade DNA:t kan integreras i genomet på en olycklig plats som kan leda till cancer. Harvey Lodish , en cellbiolog vid MIT, arbetar med en teknik som kan undvika det problemet: labbtillverkade röda blodkroppar. Efter att dessa celler har modifierats kommer de att sparka ut viruset under sin naturliga utvecklingsprocess.
Det fina med röda blodkroppar är att de är i stort sett den enda cellen i kroppen utan en kärna, säger Lodish. När de kommer i cirkulation har de tappat sitt DNA och är stabila i 120 dagar utan risk för tumörer.
I Lodishs metod bär ett retrovirus en ny gen in i arvsmassans arvsmassa som så småningom kommer att producera röda blodkroppar. Cellen använder den nya genen för att producera en modifierad version av proteiner som sitter på ytan av den mogna röda blodkroppen även efter att cellen har förlorat sitt DNA. Det modifierade ytproteinet har konstruerats så att andra föreningar lätt kan fästas vid det - antikroppar som kan torka upp giftiga ämnen i blodet, eller småmolekylära läkemedel för att attackera cancer eller andra sjuka celler. Lodish tror att tekniken är ett säkrare tillvägagångssätt för att använda syntetisk biologi i människokroppen.