Was ist synthetische Biologie, in der Wissenschaftler den Code der Lebewesen programmieren?

Wann erschien die synthetische Biologie?

Der Begriff "Synthetische Biologie" wurde erstmals 1980 verwendet

Barbara Robom beschreibt ein Bakterium, das mithilfe rekombinanter DNA-Technologie genetisch verändert wurde.

Zwanzig Jahre später, im Jahr 2000, tauchte der Begriff erneut aufvon Eric Call zusammen mit Kollegen und anderen Rednern vorgeschlagen, um die Synthese künstlicher organischer Moleküle zu beschreiben, die in lebenden Systemen eine bestimmte Rolle spielen.

So wurde bereits 2002 das erste vollständig künstliche Virus geboren und acht Jahre später Cynthia, das erste lebensfähige Bakterium mit einem vollständig künstlichen Genom.

Wie funktioniert eine neue Richtung in der Wissenschaft?

Die Idee selbstsynthetische Biologieentwickelt „rund um“ die Genomtechnik.In den letzten Jahren sind neue, äußerst praktische molekulare Werkzeuge aufgetaucht, mit denen sich das Genom nahezu jedes Organismus auf beliebige Weise verändern lässt.

Synthetische Biologie wendet Technik anAnsatz zur Bildung lebender Organismen - von Enzymen bis zu Mikroben. In Zukunft können Wissenschaftler das menschliche Genom formen, Arbeiten in diese Richtung sind bereits im Gange.

Der Kern der neuen Ausrichtung liegt darindie Fähigkeit, den Code von Lebewesen tatsächlich zu programmieren. Dies wird sich natürlich auf ihre Entwicklung auswirken. Es gibt bereits Tools, mit denen Sie DNA bearbeiten und neue Genkombinationen erstellen können.

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Warum ist diese Richtung interessant?

Um den Code der Lebewesen zu ändern, müssen Sie die Gesetze des Lebens verstehen. Das schrittweise Studium der synthetischen Biologie kann Aufschluss über einige biologische Muster geben.

Trotzdem ist der praktische Wert von synthetischenBiologie ist nicht weniger wichtig als Wissenschaft. Seit der industriellen Revolution hat der Mensch die Kräfte der Natur erschöpft - jetzt kann er die Entwicklung lebender Organismen kontrollieren.

Mit der synthetischen Biologie können auch umweltfreundlichere Produkte entstehen, etwa künstlich angebautes Fleisch oder Biokraftstoffe. Auf diese Weise können Sie dem Planeten nur minimalen Schaden zufügen.

Arbeitsbeispiele:

DNA in lebenden Zellen kann mithilfe von Programmierbegriffen beschrieben, verstanden und untersucht werden. Betrachten wir die DNA tatsächlich mit den Augen eines Programmierers. 

  • Die DNA-Sprache ist digital und verwendet vier Bedeutungen: A, T, C und G; "DNA-Byte" besteht aus drei Zeichen und codiert eine Aminosäure;
  • Eukaryoten haben einen Teil der "Code" -SequenzenIntrons - tatsächlich codiert nichts und wird anschließend ausgeschnitten. Sie erfüllen jedoch eine wichtige Funktion: Diese DNA hilft bei der korrekten Ausführung von Code, ähnlich wie Kommentare in Programmen.
  • Die Vielseitigkeit des genetischen Codes macht genetische Programme mit der überwiegenden Mehrheit der lebenden Organismen kompatibel.

Der revolutionäre Durchbruch erfolgte am 20. Mai 2010.Dieser Tag wird für immer in die Geschichte eingehen, da die Entstehung der ersten lebenden, vermehrungsfähigen Zelle auf Basis eines synthetisierten Genoms bekannt gegeben wurde. Unter der Leitung von Craig Venter selbst wurde am Craig Venter Institute ein künstlicher lebender Organismus geschaffen.

Insgesamt führte die Forschung zuDie Schaffung des ersten reproduktionsfähigen synthetischen Organismus dauerte mehr als 15 Jahre. Dieses Ereignis birgt jedoch ein revolutionäres Potenzial für die Wissenschaft und wird es der Menschheit möglicherweise ermöglichen, die ehrgeizigsten Aufgaben zu lösen, wie neue Quellen für Lebensmittelrohstoffe, Drogen und Impfstoffe, den Sieg über die Umweltverschmutzung. Synthese von reinem Wasser usw.

Wissenschaftler streben die Schaffung eines riesigen genetischen Spektrums aneine Bank, mit der Sie jeden gewünschten Organismus erstellen können (analog zur Erstellung einer elektronischen Schaltung aus industriellen Transistoren und Dioden). Die Bank besteht aus Biobricks (BioBrick) — DNA-Fragmente, deren Funktion genau definiert ist und die in das Zellgenom eingefügt werden können, um ein zuvor bekanntes Protein zu synthetisieren. Alle ausgewählten Biobricks sind so konzipiert, dass sie auf zwei Ebenen gut mit allen anderen interagieren:

  • mechanisch — damit sie leicht hergestellt, gespeichert und in die genetische Kette einbezogen werden können;
  • Software - so dass jeder Baustein bestimmte chemische Signale aussendet und mit anderen Codeteilen interagiert.

Einige biologische molekulare Maschinen

Was weiter?

Gleichzeitig nutzt die synthetische Biologieverschiedene Technologien, einschließlich maschinellem Lernen. In dem Artikel von Nature Communications geht es um Algorithmen, die vorhersagen können, wie sich Veränderungen in der DNA einer Zelle auf deren Verhalten auswirken. Algorithmen können auch Empfehlungen für zukünftige Entwicklungen von Bioingenieuren liefern.

Gleichzeitig bestehen Bedenken hinsichtlich der ZusammenarbeitDas menschliche Genom kann zu irreversiblen Folgen führen. Es wird auch angenommen, dass einige Gruppen von Organismen auf diese Weise für immer verändert werden könnten.

Eine kürzlich von Pew Research durchgeführte Umfrage ergab beispielsweise, dass der Großteil der Bevölkerung gentechnisch veränderte Lebensmittel für den Verzehr als unsicher erachtet.

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