211service.com
Vad är framtiden för syntetisk biologi?
I juli förra året skapade forskare den första syntetiska cellen, en organism som styrs av ett kemiskt syntetiserat genom som redigerats på en dator och sys ihop i labbet. Ett år senare, biologer vid Femte årliga syntetisk biologi konferensen vid Stanford University kämpar fortfarande för att ta nästa steg på området. Att hålla tillbaka dem är själva biologins nycker, och kostnaden och tiden som krävs för att komma från idé till konstruerad organism.
Medan skapandet av den syntetiska cellen, vid J. Craig Venter Institute, antyder en framtid där syntetiska biologer kan designa om levande celler för att utföra vilka uppgifter de än drömmer om, är målet fortfarande avlägset. Mest forskning har fokuserat på att locka mikrober att utföra uppgifter som liknar vad de redan gör, som att omvandla socker till bränslen med hjälp av processer och material som liknar dem de använder i naturen.
Syntetisk biologi strävar efter att göra molekylärbiologin mer lik ingenjörskonst - med förutsägbara material och delar som kan sättas ihop på förutsägbara sätt. Som den syntetiska cellen visar, har forskare nu verktygen att redigera en befintlig genetisk sekvens på en dator, använda DNA-syntetiseringsmaskiner för att skapa den i fragment och sy ihop dessa i labbet. (Denna väg är bara en av många som syntetiska biologer tar.) Men det är fortfarande svårt att förutsäga vad celler kommer att göra efter att de har förändrats. Forskare hindras ofta av cellers naturliga drivkraft att växa och leva som de vill, vilket i många fall måste övervinnas för att få dem att göra något användbart på ett effektivt sätt.
Ett av de största hindren ligger i skapandet och sammansättningen av utgångsmaterial: modulära bitar av DNA som kodar för en viss funktion och syntetiseras i labbet. Att skapa detta DNA är tidskrävande och dyrt. Som alla kommersiella produkter måste den designas, byggas och testas. Även att göra relativt små förändringar kan ta mycket arbete, lång tid och mycket pengar.
Vissa sekvenser tar två månader att syntetisera, medan andra inte kan göras alls, av skäl som ännu inte är förstått, sa Reshma Shetty , medgrundare av Ginkgo Bioworks , en startup som monterar DNA-delar. Shetty sa att företaget använder mjukvarubaserad automation för att designa byggstenar och andra delar, och för att kontrollera vätskehanteringsrobotar som blandar ihop dem från bitar av DNA som beställts från andra företag som är specialiserade på DNA-syntes. Det är detta sista steg som för närvarande är en stor flaskhals. Företaget har spårat hur lång tid sekvenserna tar att göra och vilka källor som gör det snabbast.
Kostnaden och tiden som är involverad i att skapa nya organismer begränsar kreativiteten, sa Pamela Silver , professor i systembiologi vid Harvard University. Varje gång syntetiska biologer provar en ny design måste de betala för att få DNA syntetiserat, vänta på att det ska komma tillbaka, få in det i cellerna och testa det. Allt detta, säger Silver, betyder att syntetiska biologer förståeligt nog är ovilliga att misslyckas och lära sig av sina misslyckanden.
Jag tror fortfarande på drömmen att några av er så småningom kommer att kunna sitta vid en dator, designa ett experiment och få DNA nästa dag, sa hon till folkmassan. För att syntetisk biologi ska kunna uppfylla sitt löfte måste DNA-syntes vara billig, snabb, förutsägbar och korrekt – och öppen för alla, inklusive forskare vars laboratorier inte har mycket utrustning eller finansiering.
Lyckligtvis sjunker kostnaden för DNA-syntesteknologi, ungefär som den för DNA-sekvenseringsteknik, snabbt. George kyrka , chef för Center for Computational Genomics vid Harvard, noterade i sitt föredrag att kostnaderna för både DNA-syntes och sekvenseringsteknologier har minskat i en häpnadsväckande takt - på sistone med en faktor 10 varje år.