Pięć gorzkich prawd biologii syntetycznej. Biologia syntetyczna: artysta tworzący życie

Jest taka dziedzina biologii - Biologia syntetyczna. W ogóle ma już dziesięć lat, bardzo szybko się rozwija, co jakiś czas w publikacjach popularnonaukowych wdzierają się jakieś nowości, ale coś mi to wszystko umknęło. A potem nagle natknąłem się, przeczytałem kilka artykułów - i byłem pod wielkim wrażeniem.

Główną ideą biologii syntetycznej jest synteza na poziomie genetycznym rzeczy, które albo się nie pojawiły, albo nie zostały utrwalone w ewolucji życia na Ziemi.
Słowo „rzeczy” może oznaczać zarówno funkcję, jak i coś materialnego – na przykład nowe białka czy nawet nowe aminokwasy, z których można zbudować zupełnie nowe rodzaje białek. I z tych nowych „cegieł” biolodzy syntetyczni próbują zbudować, nie, a nawet – zaprogramować – nowe wersje życia. To jak inżynieria genetyczna, ale na zupełnie nowym poziomie – tutaj nie przeszczepia się genu jednego organizmu do drugiego, tutaj próbuje się „obliczyć” od podstaw nowy sposób życia i wprowadzić go do naprawdę żywej komórki.

Jakie funkcje można tu zaimplementować i w jaki sposób? Dotychczas najpopularniejszą „zabawą” jest programowanie nowych „zegarów” molekularno-genetycznych w komórkach, które w naturze nie występowały (najczęściej są to bakterie E coli). Oto klasyczny przykład (Nature, 2000): do komórki wprowadzane są trzy białka (A, B, C), które mogą być wytwarzane przez samą komórkę, ale które tłumią wzajemną ekspresję wzdłuż łańcucha: A tłumi B , B tłumi C, C tłumi A. B Rezultatem jest pętla sprzężenia zwrotnego – ale z opóźnieniem czasowym. A to już wystarczy, aby wahania stężenia tych cząsteczek w namnażającej się kolonii bakterii mogły być bezpośrednio monitorowane przez białko zielonej fluorescencji (produkt uboczny na jednym z etapów cyklu). Okazuje się, że to zdjęcie:

Zwróć uwagę - okres oscylacji wynosi tutaj godziny, czyli kilkakrotnie dłużej niż okres podziału komórki. Okazuje się, że informacja o tym, w której fazie oscylacji się znajdujemy, genetycznie przekazywane z pokolenia na pokolenie.

Początkowo takie badania miały wady - nie wszystkie komórki brały udział w oscylacji, zaobserwowano silne rozproszenie odpowiedzi w całej populacji, a z biegiem czasu różne komórki traciły swój rytm lub zaczęły zapominać o fazie. Jednak problemy te zostały stopniowo przezwyciężone. W 2008 roku w pracy Szybki, solidny i przestrajalny syntetyczny oscylator genów odpowiedź była silna, stabilna i jednolita, a zaledwie miesiąc temu opublikowano pracę Zsynchronizowane kworum zegarów genetycznych, w której komunikujące się ze sobą komórki , pomyślnie zsynchronizowały w całej populacji swój nowo nabyty zegar genetyczny.

Osobno podkreślam rolę fizyki teoretycznej. 6 lat przed 2008 rokiem pracował w Phys.Rev.Lett. opublikowano pracę Synthetic Gene Network for Entraining and Amplifying Cellular Oscillation, w której zbudowano model takich oscylacji i zbadano ich wykres fazowy (np. przy zmianie siły pętli sprzężenia zwrotnego). W pracy z 2008 roku wzięto pod uwagę doświadczenia z tego modelowania (swoją drogą jeden z autorów brał udział w obu pracach).

To oczywiście tylko jedna z możliwości. Teraz z zestawu takich czynników transkrypcyjnych wiedzą już, jak tworzyć elementy układów logicznych, a wydaje się, że ostatnio wprowadzili nawet do tej samej E. coli prawdziwy rejestr cyfrowy, który „zliczał” liczbę zdarzeń podziału. Ogólnie rzecz biorąc, otwierają się tu zawrotne perspektywy - zobacz na przykład (dość stary) popularny artykuł Życie syntetyczne. To prawda, że ​​​​nie jest to takie łatwe - informacje o trudnościach technicznych tej pracy można znaleźć w najnowszym materiale z Nature: Five Bitter Truths of Synthetic Biology.

To z pewnością robi wrażenie, ale to nie wszystko. Dalej - trudniej.

Załóżmy, że chcemy stworzyć nowe białka zbudowane nie tylko na standardzie 22, ale także na kilku nowych aminokwasach. W zasadzie istnieją inne aminokwasy, jedynie w naturze nie ma możliwości ich kodowania w RNA. Jak zadbać o to, aby rybosom nadal wykorzystywał je w syntezie białek?

Jedną z opcji jest wymuszenie mutacji rybosomu tak, aby „pomylił” się w jakiejś niezbyt ważnej trójce – wstawił inny aminokwas. W zasadzie były takie prace, ale jakoś wszystko szło ospale. Tydzień temu ukazał się artykuł Kodowanie wielu nienaturalnych aminokwasów poprzez ewolucję rybosomu dekodującego kwadruplet, w którym zastosowano całkowicie radykalne rozwiązanie tego problemu. Autorzy tej pracy celowo osiągnęli taką mutację rybosomów, aby odczytali kod genetyczny nie trojaczki, ale czwórki-- tj. cztery „litery” RNA na raz. Otwiera to ogromne możliwości kodowania wielu nowych aminokwasów na raz (czwórka może zakodować 256 kombinacji zamiast 64 w przypadku trójki).

Autorom udało się np. wprowadzić do białka kalmoduliny kilka nowych aminokwasów, które następnie dodatkowo połączyły się ze sobą w przestrzeni (tworząc cykliczne wiązanie poprzeczne), co znacząco wzmocniło trójwymiarową strukturę przestrzenną białka (patrz ryc.

„Postęp technologii prowadzi do
że różnica między naturalnym a
stworzone przez człowieka, pomiędzy organizmem a
mechanizm będzie uruchamiany stopniowo
plama. Człowiek to zrobi
w jakikolwiek sposób odbuduj pierwszy
i częściowo wyhoduj drugi;
będzie granica między nimi
warunkowe aż do niemożliwości
dowiedzieć się o pochodzeniu przedmiotu

„W 2010 roku amerykański inżynier
i biolog Craig Venter
z grupą zsyntetyzowaną pierwszą komórkę
zmontowano sztuczny genom
na superkomputerze

„W 1975 roku czołowi biolodzy świata przyjęli
decyzję o zakazie używania
technologię rekombinacji DNA, a następnie
opracował zasady postępowania z nimi.

„Chemiczna synteza życia jest jednym z zadań
zawsze stawiam na syntetyk
chemia organiczna” Craiga Ventera.

„Venter przechodzi do roli Boga: tworzy
sztuczne życie, którego nigdy
nie powstałby w warunkach naturalnych”

„Biologia syntetyczna to programowanie
życie. Komórki żyją
komputery, a DNA to język programowania”
Andrzej Hessel

Biologia syntetyczna (Sinbio) to dynamicznie rozwijający się obszar teoretyczny biologii i praktyki, nowy kierunek w inżynierii genetycznej. Biologią syntetyczną zajmuje się ponad 100 laboratoriów na całym świecie. Prace w tym obszarze są rozproszone. Nad ich usystematyzowaniem pracuje biolog Drew Andy z Massachusetts Institute of Technology.
Termin biologia syntetyczna został ukuty w 1980 roku. Został użyty przez Barbarę Hobom do opisania bakterii zmodyfikowanych genetycznie za pomocą rekombinowanego DNA. Termin ten został ponownie zaproponowany w 2000 roku przez Erica Kohla i szereg innych prelegentów podczas spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, które odbywa się co roku w mieście San Francisco.
Biologia syntetyczna rozpoczęła się od prac Stevena Bennera i Petera Schultza. W 1989 roku Benner z ETH (Eidgenssische Technische Hochschule) w Zurychu stworzył DNA zawierający oprócz czterech znanych liter alfabetu genetycznego jeszcze dwie. Od tego czasu uzyskano kilka wariantów podobnego DNA, jednak jak dotąd nikomu nie udało się osiągnąć funkcjonowania ich genów, czyli transkrypcji i translacji (syntezy białek).

DEFINICJA

Istnieje kilka. Tutaj jest kilka z nich:

* Biologia syntetyczna zajmuje się konstrukcją lub przebudową systemów biologicznych lub ich komponentów oraz ich tworzeniem poprzez kodowanie DNA pożądanego systemu lub komponentu. Biologia syntetyczna dostarcza wydajnych technologii reprodukcji organizmów naturalnych i tworzenia „syntetycznego” materiału biologicznego, który nie występuje w przyrodzie.

* Biologia syntetyczna to nowy kierunek inżynierii genetycznej. Terminu biologia syntetyczna od dawna używa się do opisania podejść w biologii, które mają na celu integrację różnych obszarów badań w celu stworzenia bardziej holistycznego podejścia do zrozumienia koncepcji życia. Ostatnio terminu „biologia syntetyczna” zaczęto używać w innym znaczeniu, sygnalizując nowy kierunek studiów, który łączy naukę i inżynierię w celu projektowania i budowania nowych (nieistniejących w przyrodzie) funkcji i systemów biologicznych.

* Projektowanie i budowa urządzeń biologicznych i systemów biologicznych do celów użytkowych.

* Biologia syntetyczna to nowa biologiczna dziedzina badań, która łączy naukę i technologię. Obejmuje szereg różnych podejść, metodologii i dyscyplin oraz różne definicje. Łączy ich jednak fakt, że uwzględniają biologię syntetyczną nowych funkcji biologicznych oraz systemów projektowania i konstrukcji, które nie występują w przyrodzie.

* Kierunek studiów łączący naukę i inżynierię, którego celem jest projektowanie i budowanie nowych (nieistniejących w przyrodzie) funkcji i systemów biologicznych. Biologia syntetyczna to nowy kierunek w inżynierii genetycznej.

* Biologia syntetyczna to połączenie osiągnięć chemii, biologii, informatyki i inżynierii. Eksperci w tych dziedzinach współpracują nad stworzeniem systematycznych metod wielokrotnego użytku, które zwiększą szybkość, skalę i dokładność inżynierii systemów biologicznych. W pewnym sensie biologię syntetyczną można postrzegać jako rozwój biologii „zestawu narzędzi”, umożliwiającej udoskonalanie produktów w wielu gałęziach przemysłu, w tym w medycynie, energetyce i środowisku.

*Biologia syntetyczna – najnowszy kierunek technologii przemysłowej na styku informatyki, elektroniki, chemii i biologii, który łączy zaawansowane obszary badawcze w celu projektowania, syntezy i budowania nowych, w tym także tych, które nie występują w przyrodzie, funkcji biologicznych i systemy żywe. Współczesna biologia syntetyczna (systemowa) to zestaw narzędzi inżynierskich do projektowania funkcjonalnych i sterowalnych systemów żywych o pożądanych właściwościach - energetycznych, przemysłowych i produkcyjnych.

* „Sinbio” zajmuje się m.in. wprowadzaniem wygenerowanych maszynowo sekwencji DNA do żywych komórek, czyli w ogóle tworzeniem nowych organizmów.

CELE BIOLOGII SYNTETYCZNEJ

Główne cele są następujące:
*Dowiedz się więcej o życiu, budując je z atomów i cząsteczek, zamiast rozkładać je na części, jak to miało miejsce wcześniej.
*Aby inżynieria genetyczna była godna swojej nazwy - przekształcić ją ze sztuki w rygorystyczną dyscyplinę, która stale się rozwija, standaryzując poprzednie sztuczne twory i łącząc je na nowo, aby stworzyć nowe, bardziej złożone systemy żywe, które nie istniały wcześniej w naturze.
* Wymaż granicę pomiędzy żywymi i maszynami, aby stworzyć prawdziwie programowalne organizmy.
* Stwórz rozbudowany bank genetyczny, który pozwoli ci stworzyć dowolny pożądany organizm (podobnie jak tworzenie obwodu elektronicznego z przemysłowych tranzystorów i diod). Bank tworzą biocegiełki (BioBrick) – fragmenty DNA, których funkcja jest ściśle określona i które można wprowadzić do genomu komórki w celu syntezy znanego białka. Wszystkie wybrane biocegiełki zostały zaprojektowane tak, aby dobrze współdziałały ze wszystkimi innymi na dwóch poziomach:
mechaniczne – tak, aby można je było łatwo wyprodukować, przechowywać i włączyć do łańcucha genetycznego; oprogramowanie - tak, aby każda cegła wysyłała określone sygnały chemiczne i wchodziła w interakcję z innymi fragmentami kodu.
* Kolonie bakterii będą w stanie syntetyzować niezliczone ilości pożywienia, leków, niezbędnych substancji. Jednocześnie koszty będą minimalne, osoba będzie pełna, zdrowa i nic więcej nie będzie potrzebne.
* Syntetyzować żywe organizmy, które będą produkować duże ilości paliwa. W takiej sytuacji nie będzie konieczności wydobywania ropy naftowej i gazu ziemnego.
* Bezpośrednim celem pionierów tej dziedziny nauki jest stworzenie organizmu o minimalnym genomie, czyli zdolnego do jedzenia, wzrostu i rozmnażania.
* Celem biologii syntetycznej jest racjonalne tworzenie organizmów biologicznych o pożądanych właściwościach. Jest to oczywiście bardzo podobne do inżynierii genetycznej, która jest aktywnie rozwijana od lat 70. ubiegłego wieku. Biologia syntetyczna opiera się jednak na wyższym poziomie zrozumienia obiektów biologicznych, uzyskanym dzięki rozwojowi tzw. biologii „systemowej”.

PROBLEMY BIOLOGII SYNTETYCZNEJ

* Badanie organizmów poprzez ich tworzenie, a nie rozkład na części.
* Rozwój samej inżynierii genetycznej, tak aby spełniała swoją nazwę i stała się dyscypliną zdolną do konsekwentnego rozwoju i tworzenia coraz bardziej złożonych układów biologicznych.
* Poszerzenie granic świata ożywionego i nieożywionego, tak aby w wyniku ich przecięcia pojawiły się programowalne istoty żywe.

OSIĄGNIĘCIA BIOLOGII SYNTETYCZNEJ

* W 1989 roku Benner z ETH (Eidgenssische Technische Hochschule) w Zurychu stworzył DNA zawierający, oprócz czterech znanych liter alfabetu genetycznego, jeszcze dwie.

* W 2010 roku amerykański inżynier i biolog Craig Venter zsyntetyzował pierwszą komórkę ze sztucznym genomem złożonym na superkomputerze.

* W maju 2010 roku słynny amerykański genetyk John Craig Venter ogłosił utworzenie pierwszej na świecie częściowo syntetycznej żywej komórki zdolnej do reprodukcji (drożdże, w genomie których jeden z chromosomów został zastąpiony analogiem całkowicie zsyntetyzowanym w laboratorium).

* W firmie jednego z ojców genomiki, K. Ventera, zsyntetyzowano genom bakterii mykoplazmy z pojedynczych nukleotydów, co nie przypomina żadnego z istniejących genomów mykoplazmy. DNA to zamknięto w „gotowej” otoczce bakteryjnej zabitej mykoplazmy i uzyskano działającą, tj. żywy organizm z całkowicie syntetycznym genomem.

* Ewolucja „zaprogramowała” drożdże do przetwarzania cukru i produkcji różnych substancji biochemicznych. Inżynier chemik Kisling z Berkeley dodał do tego już funkcjonującego organizmu program genetyczny opracowany w laboratorium, składający się z 12 nowych genów. Zmieniła metabolizm drożdży i zaczęły wytwarzać artemizyninę.

* Craig Venter i George Church tworzą samowystarczalne, wysoce wydajne organizmy, które przekształcają światło słoneczne bezpośrednio w czyste biopaliwa przy minimalnym wpływie na środowisko i zerowej emisji gazów cieplarnianych. Organizmy te „zastąpią przemysł petrochemiczny, większość żywności, zajmą się bioremediacją gleby i wytwarzaniem czystej energii.

* Firmie „Evolva” udało się stworzyć związek zwany waniliną, który w odróżnieniu od wanilii nie był uprawiany na winorośli, lecz na syntetycznych drożdżach.

PERSPEKTYWY BIOLOGII SYNTETYCZNEJ

* Stworzono sztuczne kwasy nukleinowe, które mogą się samoreplikować i ewoluować, otwierając nową erę w biologii syntetycznej. Replikacja;tion (od łac. replikacja - odnowienie, powtórzenie)

* Nadchodzi ogromny kryzys antybiotykowy. A jeśli w najbliższej przyszłości nie pojawią się nowe antybiotyki, to cofniemy się do XIX wieku, kiedy będziemy umierać na gruźlicę, cholerę i inne śmieci. Nowe antybiotyki będą produkowane przy użyciu metod biologii syntetycznej.

KONFERENCJE BIOLOGII SYNTETYCZNEJ

* W czerwcu 2004 r. w Massachusetts Institute of Technology odbyła się pierwsza konferencja na temat biologii syntetycznej.

* Biologia syntetyczna – Konferencje badawcze Gordona (New Gordon) – 28 czerwca – 3 lipca 2015 r.
Konferencja Science-to-Practice poświęcona biologii syntetycznej w New Gordon zaprezentuje najnowocześniejsze badania w tej szybko rozwijającej się dziedzinie i zapewni dogłębną dyskusję na forum pomiędzy praktykami, środowiskiem akademickim i przemysłem z różnych dziedzin promujących biologię syntetyczną.

* Konferencja szkolna „Biologia syntetyczna i projektowanie urządzeń bioinżynieryjnych” 11 lipca 2012 r. w moskiewskim budynku Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii.
1. Doskonalenie biologii inżynierskiej do projektowania żywych maszyn
2. Projektowanie funkcjonalności mikroorganizmów przemysłowych na stanowisku pracy z wykorzystaniem kompleksu oprogramowania uniwersytetów amerykańskich i europejskich.
3. Wysokowydajne modelowanie elementów biosystemu przemysłowego in silico na potrzeby projektowania proteomicznego, opracowywania konfiguracji, ładowania i zasobów organelli komórkowych itp.
4. Testowanie i debugowanie cech zaprojektowanego kodu w środowisku wirtualnym (wirtualna ławka) w oparciu o charakterystykę proteomu, metabolomu, transkryptomu i epigenomu.
5. Synteza i transfekcja opracowanego kodu genetycznego do mikroorganizmu modelowego in vitro.

* VI Międzynarodowa Konferencja Biologii Syntetycznej w Londynie – lipiec 2013
Większość raportów i komunikatów poświęcona była modyfikacjom cząsteczki DNA.

WNIOSEK

W ciągu ostatnich stu lat nauka, a wraz z nią medycyna, rozwijała się w rekordowym tempie. Nie udało się jednak pokonać głównych wrogów ludzkości – głodu i chorób. Biologia syntetyczna jest na kolejnym etapie rozwoju i już niedługo trudno będzie wyobrazić sobie bez niej współczesny świat.
Biologia syntetyczna, będąca „bardzo potężnym zestawem narzędzi”, doprowadzi do opracowania szczepionki przeciwko grypie i być może przeciwko AIDS. A niedaleki jest dzień, w którym mikroorganizmy zdolne do pochłaniania dwutlenku węgla i uwalniania energii stworzą bezpieczną alternatywę dla tradycyjnych paliw kopalnych. Teraz, gdy biologia syntetyczna zaczyna się zakorzeniać, naszym wyzwaniem jest dopilnowanie, aby przyszłe pokolenia postrzegały ją jako dobrodziejstwo, a nie przekleństwo.
Biologia syntetyczna może jednak tworzyć produkty podwójnego zastosowania, dlatego musi znajdować się pod ścisłą kontrolą państwa.

Źródła

1. Biologia syntetyczna
Biologia syntetyczna (synbio) to powstająca dziedzina nauk przyrodniczych, która jednak opiera się na zasadach inżynierii. W swej istocie biologia syntetyczna zajmuje się projektowaniem lub inżynierią odwrotną systemów biologicznych lub ich komponentów oraz ich tworzeniem poprzez kodowanie DNA pożądanego systemu lub komponentu. Biologia syntetyczna dostarcza wydajnych technologii reprodukcji organizmów naturalnych i tworzenia „syntetycznego” materiału biologicznego, który nie istnieje w przyrodzie. Biologię syntetyczną można wykorzystać do zrewolucjonizowania nauk przyrodniczych i ich zastosowań w zdrowiu, energetyce i wielu innych sektorach, ale wiąże się to również z poważnymi problemami etycznymi i bezpieczeństwem biologicznym.
2. Rewolucja w biologii syntetycznej: perspektywy i zagrożenia
(http://ria.ru/science/20131126/979860591.html)
John Craig Venter wraz z ekspertami ze swojej firmy zaczął od DNA i zbudował genetyczną sekwencję nukleotydów przekraczającą milion bitów informacji. Siedem lat temu Venter jako pierwszy naukowiec na świecie stworzył obiekt biologiczny w oparciu o dostępną informację genetyczną.
Grupa Ventera stworzyła sztuczną komórkę bakteryjną, wprowadzając do niej sztucznie zsyntetyzowany DNA, po czym naukowcy zaczęli obserwować, w jaki sposób komórki bakteryjne poruszają się, żerują i rozmnażają. Venter nazwał swoją nową technologię „genomiką syntetyczną”, która „najpierw pojawi się w cyfrowym świecie komputerów opartym na biologii cyfrowej, a następnie nauczy się, jak tworzyć nowe modyfikacje DNA do bardzo konkretnych celów. … Może to oznaczać, że dzięki znajomości praw istnienia różnych form życia człowiek będzie mógł tworzyć samouczące się systemy robotyczne i komputerowe.
Genomika syntetyczna w połączeniu z innym przełomowym obszarem biologii – tak zwanymi badaniami mutacji neomorficznych (inaczej nazywanymi mutacjami nabywającymi funkcję lub badaniami GOF) – nie tylko otwiera ogromną liczbę nowych perspektyw, ale z drugiej strony jednocześnie rodzi wiele trudnych pytań i stwarza zagrożenia dla bezpieczeństwa narodowego.
Niektórzy już nazywają pracę Ventera nad stworzeniem nowych sztucznych bakterii „drukiem 4-D”. Przypomnę, że druk 2D to najczęstszy proces drukowania, który rozpoczyna się po naciśnięciu klawisza „Drukuj” na klawiaturze, w wyniku czego najzwyklejsza drukarka podaje wydrukowany artykuł itp. Jednak firmy przemysłowe, biura projektowe i inni konsumenci już przechodzą na druk 3D – w tym przypadku sygnał wysyłany jest do urządzeń zawierających wszelkiego rodzaju materiały, takie jak plastik, grafit, a nawet żywność, i otrzymujemy trójwymiarowy produkty na wyjściu. W przypadku druku 4D dochodzą jeszcze dwie ważne operacje: samodzielny montaż i samoreprodukcja. Najpierw pomysł zostaje sformalizowany i trafia do komputera, następnie wysyłany jest do drukarki 3D, w wyniku czego otrzymujemy produkt końcowy, który może sam się kopiować i przekształcać. Venter i kilkuset innych biologów syntetycznych argumentuje, że druk 4D szczególnie dobrze nadaje się do konstruowania żywych obiektów przy użyciu cegiełek, z których składają się same żywe obiekty, czyli DNA.
Genomika syntetyczna w połączeniu z innym przełomowym obszarem biologii – tak zwanymi badaniami nad mutacjami neomorficznymi (inaczej nazywanymi mutacjami zysku funkcji lub badaniami GOF) – nie tylko otwiera ogromną liczbę nowych perspektyw, ale z drugiej strony jednocześnie rodzi wiele trudnych pytań i stwarza zagrożenia dla bezpieczeństwa narodowego.
Teraz biolog stał się inżynierem, który programuje nowe formy życia według własnego uznania. Biolodzy mają obecnie coraz większe możliwości kontrolowania ewolucji, tj. jesteśmy świadkami „końca darwinizmu”. Kiedy makrocząsteczki informacyjne będą w stanie odziedziczyć korzystne mutacje w wyniku samowystarczalnej ewolucji darwinowskiej, będą mogły zacząć generować nowe formy życia.
Biologia syntetyczna w najbliższej przyszłości doprowadzi do rozkwitu gospodarczego i technologicznego, podobnie jak Internet i technologie mediów społecznościowych na początku tego stulecia.
Inżynieria genetyczna istniejących form życia w przyrodzie i tworzenie nowych to nowość biologii.

Venter nie miał wątpliwości, że biologia syntetyczna, będąca „bardzo potężnym zestawem narzędzi”, doprowadzi do opracowania szczepionki przeciwko grypie i być może przeciwko AIDS. A niedaleki jest dzień, w którym mikroorganizmy zdolne do pochłaniania dwutlenku węgla i uwalniania energii stworzą bezpieczną alternatywę dla tradycyjnych paliw kopalnych. Teraz, gdy biologia syntetyczna zaczyna się zakorzeniać, naszym wyzwaniem jest dopilnowanie, aby przyszłe pokolenia postrzegały ją jako dobrodziejstwo, a nie przekleństwo.

3. Czym jest biologia syntetyczna?
Biologia syntetyczna to nowy kierunek w inżynierii genetycznej. Termin biologia syntetyczna jest od dawna używany do opisania podejść w biologii, które mają na celu integrację różnych obszarów badań w celu stworzenia bardziej holistycznego podejścia do zrozumienia koncepcji życia. Ostatnio terminu „biologia syntetyczna” zaczęto używać w innym znaczeniu, sygnalizując nowy kierunek studiów, który łączy naukę i inżynierię w celu projektowania i budowania nowych (nieistniejących w przyrodzie) funkcji i systemów biologicznych.

4 Biologia syntetyczna WIKI pl.
Biologia syntetyczna to interdyscyplinarna dziedzina biologii, łącząca takie dyscypliny jak biotechnologia, biologia ewolucyjna, biologia molekularna, biologia systemów i biofizyka, w dużej mierze powiązana z inżynierią genetyczną.
Definicja biologii syntetycznej jest przedmiotem gorących dyskusji nie tylko wśród przyrodników, ale także w naukach humanistycznych, artystycznych i politycznych. Jedna z popularnych definicji brzmi: „Projektowanie i budowa urządzeń biologicznych oraz systemów biologicznych do celów użytecznych”. Jednak funkcjonalne aspekty tego pnia definiują biologię molekularną i biotechnologię.

5. Biologia syntetyczna
Biologia syntetyczna (esperanto)
Biologia syntetyczna to nowy obszar badań biologicznych, który łączy naukę i nienerarton. Biologia syntetyczna obejmuje kilka różnych podejść, metodologii i dyscyplin, a także istnieją różne definicje. Łączy ich jednak to, że postrzegają biologię syntetyczną jako projektowanie i konstruowanie nowych funkcji i systemów biologicznych, które nie występują w naturze.
Prace nad restriktonukleazami nie tylko ułatwiają tworzenie cząsteczek rekombinado-DNA i analizę poszczególnych genów, ale także wprowadziły nas w nową erę biologii syntetycznej, w której nie tylko opisuje się i analizuje istniejące geny, ale można konstruować nowe mechanizmy genowe i oceniane.

6. Biologia syntetyczna (z fińskiego)
Biologia syntetyczna to powstająca dziedzina badań biologicznych, która łączy naukę i technologię. Obejmuje szereg różnych podejść, metodologii i dyscyplin oraz różne definicje. Łączy je jednak to, że uwzględniają biologię syntetyczną nowych funkcji biologicznych oraz systemów projektowania i konstrukcji, które nie występują w przyrodzie.

7. Biologia syntetyczna: nowe zasady inżynieryjne dla powstającej dyscypliny. Biologia układów molekularnych
Tom 2, wydanie 1, Biolodzy syntetyczni konstruują złożone sztuczne systemy biologiczne w celu badania naturalnych zjawisk biologicznych i do różnych zastosowań. Opiszemy główne cechy biologii syntetycznej jako nowej dyscypliny inżynierskiej, odwołując się do przykładów z najnowszej literatury i zastanawiając się nad cechami, które czynią ją wyjątkową wśród wszystkich innych istniejących dziedzin inżynierii. Omówimy metody projektowania i konstruowania zmodyfikowanych komórek o nowych funkcjach w ramach abstrakcyjnej hierarchii urządzeń biologicznych, modułów, komórek i systemów wielokomórkowych. Klasyczne strategie inżynieryjne obejmujące standaryzację, oddzielenie i abstrakcję będą musiały zostać rozszerzone, aby odzwierciedlić nieodłączne cechy urządzeń i modułów biologicznych. Aby osiągnąć przewidywalność i solidność, strategie biologii inżynieryjnej muszą obejmować pojęcie kontekstu komórkowego w funkcjonalnej definicji urządzeń i modułów, racjonalne wykorzystanie przeprojektowania i ukierunkowanej ewolucji w celu optymalizacji systemu oraz skupić się na rozwiązywaniu problemów przy użyciu populacji komórek, a nie pojedynczych komórek . Dyskusja wydobywa problemy leżące u podstaw projektowania złożonych systemów żywych i wyznacza trajektorię przyszłego rozwoju.

8. Pięć twardych prawd dla biologii syntetycznej
Opublikowano w Internecie 20 stycznia 2010 | Natura 463, 288-290 (2010) | doi:10.1038/463288a
(http://www.nature.com/news/2010/100120/full/463288a.html)

9. Nauka o biologii syntetycznej
(http://ru.science.wikia.com/wiki/ Synthetic_biology)
Biologia syntetyczna to termin od dawna używany do opisania podejść w biologii, które mają na celu integrację różnych obszarów badań w celu stworzenia bardziej całościowego podejścia do zrozumienia koncepcji życia.
Ostatnio termin ten został użyty w innym znaczeniu, sygnalizując nowy kierunek studiów, który łączy naukę i inżynierię w celu projektowania i budowy nowych (nieistniejących w przyrodzie) funkcji i systemów biologicznych.
Biologia syntetyczna to nowy kierunek w inżynierii genetycznej. Opracowany przez małą konstelację naukowców. Główne cele to:
Dowiedz się więcej o życiu, budując je z atomów i cząsteczek, a nie rozkładając je na części, jak to miało miejsce wcześniej.
Sprawienie, by inżynieria genetyczna była godna swojej nazwy, oznacza przekształcenie jej ze sztuki w rygorystyczną dyscyplinę, która nieustannie ewoluuje, standaryzując poprzednie sztuczne twory i łącząc je na nowo w celu stworzenia nowych, bardziej złożonych systemów żywych, które nie istniały wcześniej w naturze.
Zatrzeć granicę pomiędzy żywymi i maszynami, aby otrzymać prawdziwie programowalne organizmy.
Biologią syntetyczną zajmuje się ponad 100 laboratoriów na całym świecie. Prace w tym obszarze są fragmentaryczne; nad ich usystematyzowaniem pracuje biolog Drew Andy z Massachusetts Institute of Technology. Umożliwi to projektowanie żywych systemów, które zachowują się w przewidywalny (i uporządkowany) sposób i wykorzystują wymienne części ze standardowego zestawu genów. Naukowcy dążą do stworzenia rozbudowanego banku genetycznego, który umożliwi stworzenie dowolnego pożądanego organizmu (podobnie jak tworzenie obwodu elektronicznego z przemysłowych tranzystorów i diod). Bank tworzą biocegiełki (BioBrick) – fragmenty DNA, których funkcja jest ściśle określona i które można wprowadzić do genomu komórki w celu syntezy znanego białka.
Wszystkie wybrane biocegiełki zostały zaprojektowane tak, aby dobrze współdziałały ze wszystkimi innymi na dwóch poziomach:
mechaniczne – tak, aby można je było łatwo wyprodukować, przechowywać i włączyć do łańcucha genetycznego;
oprogramowanie - tak, aby każda cegła wysyłała określone sygnały chemiczne i wchodziła w interakcję z innymi fragmentami kodu.
Biologia syntetyczna jest w stanie stworzyć genetycznie zmodyfikowane bakterie, które mogą produkować najbardziej złożone i rzadkie leki tanio i na skalę przemysłową. Zaprojektowane genomy mogą pomóc w stworzeniu alternatywnych źródeł energii (synteza biopaliw) lub bakterii pomagających w usuwaniu nadmiaru dwutlenku węgla z atmosfery.

10. Syntetyczna teoria ewolucji
VIKI ru.

Syntetyczna teoria ewolucji (również współczesna synteza ewolucyjna) to nowoczesna teoria ewolucji będąca syntezą różnych dyscyplin, przede wszystkim genetyki i darwinizmu. STE czerpie również z paleontologii, taksonomii, biologii molekularnej i innych.
Zatem istotą teorii syntetycznej jest dominujące rozmnażanie się określonych genotypów i ich przekazywanie potomkom. W pytaniu o źródło różnorodności genetycznej teoria syntetyczna uznaje główną rolę rekombinacji genów.
Do zajścia ewolucji niezbędne są trzy procesy:
mutacyjny, generujący nowe warianty genów o małej ekspresji fenotypowej;
rekombinacja, tworzenie nowych fenotypów osobników;
selekcji, która określa zgodność tych fenotypów z danymi warunkami życia lub wzrostu.
syntetyczną teorię ewolucji można scharakteryzować jako teorię ewolucji organicznej poprzez dobór naturalny cech zdeterminowanych genetycznie.
Ewolucja nie zawsze jest rozbieżna.
Ewolucja nie musi być stopniowalna. Możliwe jest, że w niektórych przypadkach pojedyncze zdarzenia makroewolucyjne mogą mieć także nagły charakter.
Makroewolucja może przebiegać zarówno poprzez mikroewolucję, jak i własnymi ścieżkami.
Według neodarwinizmu wszystkie oznaki istot żywych są całkowicie zdeterminowane genotypem i naturą selekcji. Dlatego równoległość (wtórne podobieństwo spokrewnionych istot) tłumaczy się faktem, że organizmy odziedziczyły dużą liczbę identycznych genów od swoich niedawnych przodków, a pochodzenie cech zbieżnych przypisuje się całkowicie działaniu doboru.
Autorzy punktualizmu przeciwstawiają się swojemu poglądowi Gradualizmowi – darwinowskiej idei stopniowej ewolucji poprzez małe zmiany – i uważają punktowaną równowagę za wystarczający powód do odrzucenia całej teorii syntetycznej.

11. Programowalna materia VIKI ru.

Biologia syntetyczna (sekcja)
Biologia syntetyczna to dziedzina badań mająca na celu tworzenie komórek o „nowych funkcjach biologicznych”. Komórki takie są powszechnie używane do tworzenia dużych systemów (takich jak biofilmy), które można „zaprogramować” tak, aby korzystały z syntetycznych sieci genów (takich jak genetyczne przełączniki bistabilne), dzięki czemu mogą zmieniać swój kolor, kształt itp.
Spinki do mankietów
Programowalna materia
Grupa ds. materii programowalnej Uniwersytetu Bostońskiego
Projekt Claytronics na Uniwersytecie Carnegie Mellon
Uniwersalnie programowalny projekt inteligentnej materii

12. Sztuczny genom VIKI ru.
Sztuczny genom to kierunek badań biologicznych, związany z modyfikacją genetyczną istniejących organizmów w celu stworzenia organizmów o nowych właściwościach. W przeciwieństwie do inżynierii genetycznej sztuczny genom składa się z genów syntetyzowanych chemicznie.
Zakłada się, że w przyszłości możliwe będzie tworzenie sztucznych genomów nie w oparciu o DNA lub przy użyciu innego zestawu nukleotydów i innych zasad kodowania niż w genomach naturalnych. Tym samym tworzenie sztucznych genomów jest jednym z obszarów biologii syntetycznej.
Bezpieczeństwo biologiczne
zapobieganie powszechnej utracie integralności biologicznej, która może wynikać z: -
wprowadzenie obcych form życia do istniejącego ekosystemu;
wprowadzenie obcych wirusowych lub transgenicznych genów lub prionów;
skażenie bakteryjne żywności;
wpływ terapii genowej lub inżynierii genowej lub wirusów na narządy i tkanki;
zanieczyszczenie zasobów naturalnych (wody, gleby);
możliwe wprowadzenie obcych mikroorganizmów z kosmosu.
W biologii syntetycznej (odnosząc się do zagrożeń związanych z tego typu praktyką laboratoryjną)

W biologii syntetycznej (odnosząc się do zagrożeń związanych z tego typu praktyką laboratoryjną)

13. Tradycja biologii syntetycznej
http://traditio-ru.org/wiki/
Dziedzina biologii tworząca/przekształcająca organizmy żywe.
19 wiek
Okres świetności, szybkiego rozwoju Rady Bezpieczeństwa przypadł na połowę XIX i początek XX wieku:

Witalizm
Postępowi syntezy towarzyszyły w tym czasie eksperymentalne postępy witalistów (patrz Encyklopedia Driescha Embryo).

dzieła nowoczesne
Współczesną pracę charakteryzują niewiarygodnie duże ilości operowanej bioinformacji (patrz biologia systemów) i (super/ultra) subtelne narzędzia fizyczne:
Drukarka (bio)organów 3D Szukaj w Google.
synteza żywych komórek - prośba o zdjęcie Google
Równoległość powstania życia i sztucznej inteligencji.

Filozofia/ontologia
Zagadnienia filozoficzne i ontologiczne Rady Bezpieczeństwa:
Zasada Ready’ego – życie z życia (w programach DARPA – objawiało się to wszczepianiem układów elektronicznych owadom i szczurom)
Różnica między bio i zoe
zminimalizowane, gdy dominuje „bios”. Walenty Tomberg. Tarota Wielkich Arkanów

14. Biologia syntetyczna
http://positime.ru/synthetic-biology
Jak wiadomo, terminu biologia syntetyczna używano już w latach 80. Został użyty przez Barbarę Hobom do opisania bakterii zmodyfikowanych genetycznie za pomocą rekombinowanego DNA. Termin ten został ponownie zaproponowany w 2000 roku przez Erica Kohla i kilku innych mówców podczas spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, które odbywa się co roku w mieście San Francisco.
Warto zauważyć, że termin ten został użyty w 2000 roku na określenie procesu syntezy sztucznych cząsteczek organicznych, które odgrywają bardzo ważną rolę w układach żywych.
Obszar ten jest nowy w biologii. Powstała w celu projektowania i tworzenia zupełnie nowych układów biologicznych, które nie występują w przyrodzie. Biologia syntetyczna dodaje nowe właściwości istniejącym organizmom, np. bakterie mogą nabrać nowych właściwości lub przejść pewien etap modyfikacji. Oczekuje się, że w przyszłości będą mogły samodzielnie istnieć i rozmnażać się.
Biologię syntetyczną stworzono po to, by dowiedzieć się jak najwięcej o życiu i jednocześnie nie rozbierać cząsteczek i atomów na części. Zamień inżynierię genetyczną w coś nowego, w rygorystyczną dyscyplinę, która stale się rozwija. Jednym z celów jest także zatarcie granic pomiędzy maszynami i ludźmi oraz osiągnięcie możliwości programowania ludzkiego ciała.
Jednym słowem biologia syntetyczna jest na kolejnym etapie rozwoju i już niedługo trudno będzie wyobrazić sobie bez niej współczesny świat.

15. Biologia syntetyczna zmienia świat
http://www.inventor.perm.ru/news_2011/2010_05_02_01.htm
W ciągu ostatnich stu lat nauka, a wraz z nią medycyna, rozwijała się w rekordowym tempie. Nie udało się jednak pokonać głównych wrogów ludzkości – głodu i chorób.
Tymczasem na horyzoncie pojawiły się inne poważne problemy, np. kryzys energetyczny związany z redukcją złóż ropy i gazu. Zwolennicy nowego kierunku w nauce - biologii syntetycznej - podejmują się rozwiązania wszystkich tych problemów. Pod koniec 2010 roku w amerykańskim Instytucie Craiga Ventera powstała pierwsza bakteria o całkowicie syntetycznym genomie. Teraz badacze dosłownie czekają na cuda. Sam Craig Venter, a także jego konkurenci deklarują, że ludzkość potrzebuje nowego podejścia do zaopatrzenia się w żywność i zasoby energetyczne. I są gotowi zapewnić takie podejście.
Pojawienie się pierwszej syntetycznej bakterii dosłownie wysadziło świat nauki. To zrozumiałe – Venterowi i jego współpracownikom udało się dokonać czegoś niewiarygodnego – stworzyć życie z martwej materii.
Kiedy naukowcy popełnili tylko jeden błąd w cząsteczce składającej się z 1,08 miliona par zasad, komórka nie ożyła. Ale w końcu praca została wykonana bezbłędnie i narodziła się sztucznie stworzona, ale całkowicie żywa komórka. Nazywa się Mycoplasma mycoides JCVI-syn 1.0.
Biologia syntetyczna jest bardzo obiecującym kierunkiem inżynierii genetycznej. Jeśli zwykle naukowcy ingerują w już istniejące DNA zwierząt i roślin, przypisując im dotychczas niewidziane właściwości, wówczas biologia syntetyczna zajmuje się tworzeniem zasadniczo nowych układów żywych. Bezpośrednim celem pionierów tej dziedziny nauki jest stworzenie organizmu o minimalnym genomie, czyli zdolnego do jedzenia, wzrostu i rozmnażania.
Bakteria posiadająca minimalny genom stanie się podstawą, do której będzie można dodawać nowe odcinki genomów o pożądanych cechach. Mikroorganizmy zostaną pozyskane np. wytwarzając w procesie życia cząsteczki alkoholu czy polimerów, z których następnie będzie można wyprodukować plastik. W ten sposób biologia syntetyczna zaciera granicę pomiędzy Życiem a maszynami zaprogramowanymi do określonego działania.
Jednym z głównych inwestorów Craiga Ventera jest Departament Energii USA. Dział ten corocznie w latach 2008-2010 inwestował 115 milionów dolarów w rozwój Ventera. Zainteresowanie opiera się na oczekiwaniu na cuda w dziedzinie energii alternatywnej. Eksperci uważają, że za 15-20 lat osiągnięcia naukowców będą mogły zostać wykorzystane w tworzeniu alternatywnych źródeł energii.
W 2009 roku Craig Venter i jego firma zawarli umowę z gigantem naftowo-gazowym ExxonMobil w sprawie opracowania taniego i przyjaznego dla środowiska paliwa. Cena emisyjna wynosi 600 milionów dolarów. Zgodnie z projektem glony o zmodyfikowanym genomie staną się źródłem biopaliwa, które umożliwi im produkcję węglowodorów o składzie zbliżonym do substancji organicznych ropy naftowej. Glony potrzebują tylko światła słonecznego i wody, ich biomasa rośnie bardzo szybko i można je hodować w nieograniczonych ilościach.
Naukowcy z Uniwersytetu Yale opracowali bezpośrednią metodę wytwarzania energii elektrycznej przy użyciu bakterii. Tylko dwie żywe komórki są w stanie przekształcić energię reakcji chemicznych w energię elektryczną z wydajnością 10%. Możliwość przemysłowego zastosowania tej metody powoduje jednak komplikacje. Kolonia bakterii po prostu zniszczy się tą samą energią elektryczną, którą emituje.
Miliony kolonii bakterii będą w stanie zsyntetyzować niezliczone ilości żywności, leków, niezbędnych substancji. Będzie ten „wieczny chleb”, o którym marzyli chemicy w XIX wieku. Jednocześnie koszty będą minimalne, osoba będzie pełna, zdrowa i nic więcej nie będzie potrzebne.
Co roku w Afryce na malarię umiera około 2 miliony ludzi. Skutecznym lekiem przeciw malarii jest artemizyna. Jest wytwarzany z korzenia słodkiego piołunu. Taka produkcja kosztuje „całkiem grosza”, a mieszkańców Afryki na nią nie stać. W 2004 roku chemik z UCLA, Jay Keasling, przeprowadził serię eksperymentów, które wykazały, że istnieje sposób na obniżenie kosztów leków. Naukowiec wpadł na pomysł wytworzenia artemizyny przy użyciu drożdży.
Jednym z obszarów biologii syntetycznej, którym się zajmujemy, jest konstrukcja sztucznych cząsteczek, które mają właściwości DNA, ale składają się z 6 cząsteczek. Odkrycia stosowane w medycynie przynoszą nam 100 milionów dolarów rocznie” – mówi Steven Benner, profesor chemii na Uniwersytecie Florydy. Zdaniem naukowca takie podejście jest ambitniejsze niż osiągnięcia Craiga Ventera, który wykorzystuje fragmenty naturalne DNA.

Christopher Voight i Christina Smolke poszli jeszcze dalej. Tworzą bakterie symbiotyczne, które mogą żyć w organizmie człowieka, szukając w nim komórek nowotworowych. Istnieją plany uzyskania bakterii zabójczych, które mogłyby zniszczyć komórki nowotworowe.
Astrobiologom NASA w grudniu 2010 roku udało się uzyskać bakterie funkcjonujące bez fosforu, jednego ze standardowych pierwiastków, na których opiera się ziemska forma życia. Jako substytut użyto arsenu. Twierdzenie, że fosfor musi znajdować się w strukturze komórki, a bez niego życie nie jest możliwe, było dogmatem biologów na całym świecie. Ten eksperyment podważa podstawy tradycyjnej biologii, uświadamia ludziom, że ich wiedza o tym świecie jest znikoma. Steen Rasmussen próbuje całkowicie odejść od DNA, zastępując je peptydowym kwasem nukleinowym (PNA). Cząsteczka ta nie będzie zlokalizowana wewnątrz komórki, ale na zewnątrz. Dzięki temu komórka będzie łatwiejsza do jedzenia i oddychania – twierdzą naukowcy.

16.biologia syntetyczna
(http://ru.wikir.com/00519961/biologia syntetyczna)
Biologia syntetyczna to nowa dziedzina badań i technologii biologicznych, która integruje naukę i inżynierię. Obejmuje wiele różnych podejść, metodologii i dyscyplin z wieloma definicjami. Ogólnym celem jest zaprojektowanie i zbudowanie nowych funkcji i systemów biologicznych niespotykanych w przyrodzie.
Systemy biologiczne to systemy fizyczne składające się z substancji chemicznych. Mniej więcej na początku XX wieku chemia przeszła od badania naturalnych substancji chemicznych do prób projektowania i budowania nowych substancji chemicznych. To przejście doprowadziło do dziedziny chemii syntetycznej. Zgodnie z tą samą tradycją niektóre aspekty biologii syntetycznej można postrzegać jako rozszerzenie i zastosowanie chemii syntetycznej w biologii i obejmować prace od tworzenia nowych, przydatnych substancji biochemicznych po badanie pochodzenia życia.
Badania z zakresu biologii syntetycznej można podzielić na szerokie klasyfikacje w zależności od podejścia przyjętego do danego problemu: projektowanie ogniw słonecznych, inżynieria biomolekularna, inżynieria genomu i projektowanie biomolekularne. Podejście oparte na ogniwach słonecznych obejmuje projekty tworzenia systemów samopowielających z całkowicie syntetycznych komponentów. Inżynieria biomolekularna obejmuje podejścia mające na celu stworzenie zestawu narzędzi jednostek funkcjonalnych, które można wprowadzić w celu reprezentowania nowych funkcji ortogonalnych w żywych komórkach. Inżynieria genomu obejmuje podejścia do budowy syntetycznych chromosomów dla całych lub minimalnych organizmów. Podejście do projektowania biomolekularnego nawiązuje do ogólnej idei projektowania de novo i łączenia komponentów biomolekularnych. Cel każdego z tych podejść jest podobny: stworzenie bardziej syntetycznego wpisu o wyższym poziomie złożoności przy jednoczesnym zarządzaniu częścią bieżącego poziomu.

17. Biologia syntetyczna
(http://www.sci-lib.net/index.php?showtopic=3905)
20.08.2007, 13:16
Biolodzy dążą do stworzenia pierwszego żywego organizmu w ciągu najbliższej dekady
Naukowcy na całym świecie aktywnie zajmują się obecnie nową, ale niezwykle obiecującą dziedziną nauki – biologią syntetyczną, której głównym zadaniem jest sztuczne tworzenie organizmów żywych. Według ekspertów pierwsze syntetyczne, ale mimo to żywe organizmy powstaną za 3–10 lat, podaje AP.

"To będzie bardzo duże osiągnięcie i każdy powinien o tym wiedzieć. Mówimy o technologii, która może fundamentalnie zmienić nasz świat, tak naprawdę trudno nawet dokładnie przewidzieć, jak się zmieni" - mówi Mark Bedow , dyrektor operacyjny włoskiej firmy ProtoLife, która zajmowała się także biologią syntetyczną.

Naturalnie, pierwszymi sztucznie stworzonymi organizmami żywymi będą te najbardziej prymitywne - bakterie stworzone na podstawie genetycznie modelowanego DNA i wszystkich składników organicznych, bez których istnienie żywego organizmu nie jest możliwe. Głównym zadaniem stojącym dziś przed tymi badaniami jest stworzenie tzw. protokomórek, czyli „materiałów budowlanych”, z których powstaną przyszłe organizmy żywe.

„Tworzenie protokomórek jest ważne nie tylko z punktu widzenia otrzymania sztucznych bakterii, ale także dla zrozumienia, jak w naturalnych warunkach powstało życie we Wszechświecie” – mówi.

Naukowcy zauważają, że od kilku lat zmagają się z zagadką, jak minimalny, a jednocześnie uniwersalny musi być zestaw genów, aby zapewnić organizmowi przetrwanie. Wiedza o tym pozwoli genetykom dosłownie stać się „twórcami życia”.

Jednak opinie na temat tych badań, nawet w środowisku naukowym, są różne. Niektórzy naukowcy uważają, że biologia syntetyczna jest źródłem rozwiązania wielu problemów współczesnego świata, takich jak zanieczyszczenie powietrza, powstawanie paliw, walka z różnymi chorobami i inne obszary. Inni twierdzą, że jeśli te zmiany wpadną w ręce złoczyńców, konsekwencje tego mogą być naprawdę straszne, dlatego możliwe będzie stworzenie bakterii, wirusów i innych mikroorganizmów, które mogą powodować straszliwe epidemie i mutacje.

A mimo to badania trwają. Zdaniem Bedowa, zanim powstaną zsyntetyzowane organizmy żywe, nauka światowa musi jeszcze rozwiązać szereg problemów:

18. O biologii syntetycznej
(http://novostinauki.ru/news/61245/)
Inżynieria genetyczna otwiera swoje ramiona na tak zwaną biologię syntetyczną. To wcale nie jest formalne połączenie genetyków, botaników i fizyków z chemikami. Jest to inżynieria genetyczna, która nie przenosi tam i z powrotem poszczególnych genów, ale bada strukturę całych genomów, zasady ich funkcjonowania i zbliża się do nitowania zupełnie nowych organizmów według własnego uznania.
Zagadnieniami biologii syntetycznej zajmują się głównie biochemia podstawowa, nauki molekularne, chemia, fizyka, informatyka, a sfera stosowana ogranicza się do mikrobiologii, a być może nawet farmakologii. Biologia syntetyczna roślin jest nadal popularna, a w technologii żywności i rolnictwie dopiero w pierwszym przybliżeniu.

19. Perspektywy biologii syntetycznej
(http://novostinauki.ru/news/49977/)
Stworzono sztuczne kwasy nukleinowe, które mogą się samoreplikować i ewoluować, otwierając nową erę w biologii syntetycznej –
Syntetyczne kwasy nukleinowe, zwane kwasami ksenonukleinowymi, zachowują się w taki sam sposób, jak ich naturalne odpowiedniki, genetyczne polimery DNA i RNA. Oznacza to, że są to cząsteczki helikalne, które mogą się podwajać, a także ewoluować, tj. do zastąpienia poszczególnych elementów w swoim łańcuchu. O powstaniu takich kwasów nukleinowych donieśli badacze z Laboratorium Biologii Molekularnej Medical Research Council (MRC Laboratory of Molecular Biology) w Cambridge w Wielkiej Brytanii, publikując artykuł w czasopiśmie Science (20 kwietnia 2012). To osiągnięcie znajdzie zastosowanie nie tylko w biotechnologii i projektowaniu nowych leków, ale także w badaniu pochodzenia życia – na Ziemi i poza nią – pisze The Scientist. Według eksperta ds. publikacji Erica Koola (Uniwersytet Stanford w Kalifornii) otrzymanie kwasów ksenonukleinowych sugeruje, że „nie trzeba być przywiązanym do rybozowego lub dezoksyrybozowego szkieletu RNA lub DNA, aby móc przekazywać, dziedziczyć i ewoluować informacje”. Naukowcy od 20 lat próbują wytworzyć wszelkiego rodzaju kwasy ksenonukleinowe, manipulując różnymi cukrami w celu zastąpienia reszt rybozy i dezoksyrybozy. W szczególności treozę wykorzystano do stworzenia podobnego DNA zwanego TNA (TNA), a anhydroheksitol nadał nazwę sztucznemu biopolimerowi HNA (HNA). Cząsteczki te badano pod kątem zastosowań w biotechnologii i medycynie. Nie były one jednak analogami DNA i RNA w sensie biologicznym – nie ulegały samoreplikacji i nie ewoluowały.

20. Biologia syntetyczna zmieni nasz świat
(http://oagb.ru/info.php?txt_id=17&nid=15667&page=0)
Trzydzieści lat temu geolog Dougal Dixon zyskał rozgłos dzięki swojej książce After Man: The Zoology of the Future. Autorka fantazjuje w nim o tym, jak przekształcony zostanie świat zwierząt z odległych czasów, w którym nie będzie już ludzi.

21. Myszy wykrywające miny
W 2012 roku zespół naukowców z Hunter College na Uniwersytecie Miejskim w Nowym Jorku wyhodował myszy, które były nadwrażliwe na zapach materiałów wybuchowych.
Dzięki inżynierii genetycznej mysz MouSensor była w stanie znacząco zwiększyć (nawet do 1 miliona) liczbę neuronów opuszki węchowej reagujących na cząsteczki określonej substancji - 2,4-dinitrotoluenu (DNT, jego zapach jest podobny do zapach TNT - TNT).
komary przeciwko malarii

Na przykład grupa naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine i francuskiego Centrum Pasteura stworzyła już transgeniczne komary o zwiększonej odporności na Plasmodium falciparum (czynnik wywołujący najbardziej śmiercionośną odmianę malarii). Dzisiejsze możliwości techniczne umożliwiają rozprzestrzenianie się dużych populacji zmodyfikowanych owadów w głównych ogniskach infekcji, a tym samym ograniczają rozmnażanie się dzikich osobników przenoszących infekcję.
Cięcie żywcem

Niedawno biolodzy opracowali nową technologię edycji genomu – CRISPR, która pozwala wycinać i wklejać fragmenty DNA z najwyższą precyzją. Otwiera to zupełnie nowe perspektywy w inżynierii genetycznej. Nie dziwią nas już owce o wysokiej zawartości kwasów tłuszczowych omega-3 w mięsie, stworzone przez chińskich naukowców z Instytutu Genetyki i Biologii Rozwoju w Pekinie, czy udoskonalone przez biologów z Uniwersytetu w Wyoming kozy, których mleko zawiera pająki białko jedwabiu. Obecnie genetyk molekularny Scott Fahrenkrug z University of Minnesota realizuje swój pomysł – hoduje bezrogie krowy. W tym celu wyciął dziesięć liter genetycznych z genomu krowy mlecznej i wstawił 212 liter innej rasy. A jednak inżynierowie genetyczni wciąż są zajęci drobnymi zmianami, które sprowadzają się do uzyskania odpowiedniej substancji lub zmniejszenia ryzyka chorób u zwierzęcia. Jeśli spojrzymy w jutro, zobaczymy zupełnie inny obraz.
Zasady biologii syntetycznej pozwalają uzyskać znacznie większą kontrolę nad procesem projektowania, otwierając przed naukowcami nowe możliwości szybkiego operowania niezbędnymi właściwościami organizmów na zasadniczo nowym - genetycznym - poziomie.
Obecnie rozwój technologii powoduje, że stopniowo zaciera się różnica między tym, co naturalne, a tym, co zostało stworzone przez człowieka, między organizmem a mechanizmem. Człowiek odbuduje to pierwsze pod każdym względem, a częściowo kultywuje to drugie; granica między nimi stanie się warunkowa aż do braku możliwości poznania pochodzenia obiektu.

22. Wywiad z mikrobiologiem Konstantinem
(http://postnauka.ru/talks/27769)
Co to jest biologia syntetyczna?
- W szerokim znaczeniu celem biologii syntetycznej jest racjonalne tworzenie organizmów biologicznych o pożądanych właściwościach. Jest to oczywiście bardzo podobne do inżynierii genetycznej, która jest aktywnie rozwijana od lat 70. ubiegłego wieku. Biologia syntetyczna opiera się jednak na wyższym poziomie zrozumienia obiektów biologicznych, uzyskanym dzięki rozwojowi tzw. biologii „systemowej”.

Biologia systemowa powstała w związku z rozwojem szeregu „wysokoprzepustowych” technologii analitycznych o dużej przepustowości. W oparciu o te technologie powstały nowe obszary wiedzy, często określane zbiorczo jako „omiki”. To jest genomika, która pozwala określić wszystkie geny organizmu; transkryptomika, która pozwala ilościowo określić poziom aktywności wszystkich genów działających w danym typie komórki w danej tkance w danym czasie; proteomika, która pozwala określić wszystkie białka występujące w określonym typie komórki, tkanki itp. Istnieje również metabolomika – jest to definicja wszystkich małych cząsteczek, metabolitów znajdujących się w komórce, tkance lub w jakimś inna naturalna próbka.
Z punktu widzenia biologii syntetycznej mikrobiologia wyprzedza resztę, ponieważ drobnoustroje są idealnymi obiektami modelowymi. Są bardzo proste w porównaniu do nas, dlatego wiele rzeczy można z nimi zrobić o wiele wygodniej i łatwiej. Formalnie pierwszym (i jak dotąd jedynym) w pełni syntetycznym organizmem jest drobnoustrój wytworzony kilka lat temu przez grupę Craiga Ventera. To ta sama osoba, która jako pierwsza zidentyfikowała ludzki genom (własny)
Nowe antybiotyki będą uzyskiwane dzięki zastosowaniu metod biologii syntetycznej. Szykuje się ogromny kryzys antybiotykowy. A jeśli w najbliższej przyszłości nie pojawią się nowe antybiotyki, to cofniemy się do XIX wieku, kiedy będziemy umierać na gruźlicę, cholerę i inne śmieci.
Nowe antybiotyki zostaną wyprodukowane z wykorzystaniem metod biologii syntetycznej.

23. Czym jest biologia syntetyczna?
(http://www.synberc.org/what-is-synbio)
Biologia syntetyczna to połączenie osiągnięć chemii, biologii, informatyki i inżynierii. Eksperci w tych dziedzinach współpracują nad stworzeniem systematycznych metod wielokrotnego użytku, które zwiększą szybkość, skalę i dokładność inżynierii systemów biologicznych. W pewnym sensie biologię syntetyczną można postrzegać jako rozwój biologii „zestawu narzędzi”, umożliwiającej udoskonalanie produktów w wielu gałęziach przemysłu, w tym w medycynie, energetyce i środowisku.
Postęp w kierunku biologii syntetycznej stał się praktyczny dopiero wraz z pojawieniem się dwóch podstawowych technologii: sekwencjonowania i syntezy DNA. Dzięki sekwencjonowaniu nasza wiedza na temat składników i organizacji naturalnych systemów biologicznych wzrosła, a synteza umożliwiła rozpoczęcie testowania projektów nowych, syntetycznych części i systemów biologicznych.

24. Biologia syntetyczna - Konferencje badawcze Gordona (konferencja New Gordon)
(http://www.grc.org/programs.aspx?id=15842)
28 czerwca - 3 lipca 2015 r
Konferencja Gordon Science and Practice poświęcona biologii syntetycznej, która odbędzie się w 2015 r., zaprezentuje najnowocześniejsze badania w tej szybko rozwijającej się dziedzinie i zapewni dogłębną dyskusję na forum pomiędzy praktykami, środowiskiem akademickim i przemysłem z różnych dziedzin promujących biologię syntetyczną.
Biologia syntetyczna – projektowanie bardziej złożonych systemów biologicznych zgodnie z zasadami zaczerpniętymi z klasycznych dyscyplin inżynieryjnych – od chwili jej powstania doświadczyła szybkiego rozwoju w dziedzinach – takich jak rozwój obwodów biologicznych – w szerokim obszarze biotechnologii naukowej i przemysłowej.
Kolegialna atmosfera, z zaplanowanymi sesjami dyskusyjnymi, a także możliwością nieformalnych spotkań popołudniowych i wieczornych, stwarza okazję do burzy mózgów i promuje interdyscyplinarną współpracę w różnych dziedzinach badań.

25. Konferencja szkolna „Biologia syntetyczna i projektowanie urządzeń bioinżynieryjnych” 11 lipca 2012 w moskiewskim budynku Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii.
(http://synbio2012.ru/)
Biologia syntetyczna to najnowszy kierunek technologii przemysłowej na styku informatyki, elektroniki, chemii i biologii, który łączy zaawansowane obszary badawcze w celu projektowania, syntezy i budowania nowych, w tym tych, które nie występują w przyrodzie, funkcji biologicznych i systemy żywe. Współczesna biologia syntetyczna (systemowa) to zestaw narzędzi inżynierskich do projektowania funkcjonalnych i sterowalnych systemów żywych o pożądanych właściwościach - energetycznych, przemysłowych i produkcyjnych.
Osiągnięcia ostatniej dekady w dziedzinie technologii genomowych i komórkowych pod względem ich znaczenia dla przemysłu i gospodarki państw świata są porównywalne z odkryciem półprzewodników w połowie ubiegłego wieku i rozwojem radiokomunikacji. -przemysł elektroniczny w Dolinie Krzemowej.
W 2010 roku amerykański inżynier i biolog Craig Venter zsyntetyzował pierwszą komórkę ze sztucznym genomem złożonym na superkomputerze. Od tego czasu największymi odbiorcami badań w tym obszarze są Departament Obrony USA, Departament Energii USA oraz firmy przemysłu obronnego (Raytheon, Lockheed-Martin itp.).

26. W: Kwasy ksenonukleinowe – syntetyczni konkurenci DNA

Na VI Międzynarodowej Konferencji Biologii Syntetycznej, która odbyła się w Londynie, zdecydowana większość raportów i raportów poświęcona była tej czy innej modyfikacji cząsteczki DNA.

27. Waite Gibbs Syntetyczne życie
(http://wsyachina.narod.ru/biology/handmade_life_2.html)
Nowy kierunek w inżynierii genetycznej - biologia syntetyczna.
Trzy główne zadania biologii syntetycznej to:
Po pierwsze, jest to badanie organizmów poprzez ich tworzenie, a nie rozkład na części. Po drugie, rozwój samej inżynierii genetycznej, tak aby spełniła swoją nazwę i stała się dyscypliną zdolną do konsekwentnego rozwoju i tworzenia coraz bardziej złożonych układów biologicznych. Po trzecie, rozszerzenie granic świata ożywionego i nieożywionego, tak że w wyniku ich przecięcia pojawiają się programowalne istoty żywe.
Biologia syntetyczna rozpoczęła się od prac Stevena Bennera i Petera Schultza. W 1989 roku Benner z ETH (Eidgenssische Technische Hochschule) w Zurychu stworzył DNA zawierający oprócz czterech znanych liter alfabetu genetycznego jeszcze dwie. Od tego czasu uzyskano kilka wariantów podobnego DNA, jednak jak dotąd nikomu nie udało się osiągnąć funkcjonowania ich genów, czyli transkrypcji i translacji (syntezy białek).
Podstawą wszystkich organizmów są te same cząsteczki: pięć nukleotydów – monomerów tworzących DNA i RNA oraz 20 aminokwasów – elementy budulcowe cząsteczek białek (niewielka liczba gatunków ma co najmniej dwa dodatkowe aminokwasy).
Davis myśli o stworzeniu białych krwinek, które syntetyzują niezwykłe białka, które natychmiast niszczą patogeny lub komórki nowotworowe.
Priorytetowym obszarem stosowania sztucznych systemów żywych będą prace, w których trzeba mieć do czynienia z substancjami chemicznymi zagrażającymi życiu.
Dzięki niewielkiej modyfikacji bakterii możliwe będzie otrzymanie drogich związków chemicznych stosowanych w przemyśle kosmetycznym, a co najważniejsze, taksolu leku przeciwnowotworowego.
W 1975 roku czołowi biolodzy świata postanowili wprowadzić zakaz stosowania technologii rekombinacji DNA, a następnie opracowali zasady pracy z nimi.

28. Przełomowe osiągnięcie: naukowcom udało się zsyntetyzować drożdże
W maju 2010 roku słynny amerykański genetyk John Craig Venter ogłosił utworzenie pierwszej na świecie częściowo syntetycznej żywej komórki zdolnej do reprodukcji.
W przeciwieństwie do bakterii drożdże są eukariotami, to znaczy ich komórki zawierają jądra i to w nich znajdują się chromosomy, które są nośnikami informacji dziedzicznej.
W czasopiśmie Science badacze zaprezentowali coś, co można uznać za przełomowe osiągnięcie: drożdże, w genomie których jeden z chromosomów został zastąpiony analogiem całkowicie zsyntetyzowanym w laboratorium.
W komórce drożdży znajduje się 16 chromosomów, a chromosom numer 3 jest jednym z najmniejszych: stanowi zaledwie 2,5 procent materiału dziedzicznego, składającego się z 12 milionów par zasad nukleotydowych.
Najpierw cały chromosom został zaprojektowany w komputerze, a następnie, ściśle według tego planu, został zsyntetyzowany w laboratorium chemicznym.
Szczególne znaczenie w tej pracy ma fakt, że sztuczny chromosom nie jest całkowicie identyczny z naturalnym.
Lider projektu Synthetic Yeast 2.0 Jef Boeke, profesor biologii molekularnej i genetyki na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa oraz dyrektor Instytutu Genomiki Systemów w Centrum Medycznym NYU Langon.
Biologia syntetyczna przechodzi od teorii do praktyki. Inne grupy badaczy pracują już nad syntezą innych chromosomów, dlatego profesor Buka ma pewność, że drożdże z w pełni zsyntetyzowanym genomem będą dostępne za cztery lata.

29. Dziesięć największych osiągnięć dekady w biologii i medycynie
(http://sciencefirsthand.ru/pdf/sfh_43_48-51.pdf)
Biologia syntetyczna i genomika syntetyczna - jak łatwo zostać Bogiem Informacje zgromadzone przez ponad pół wieku rozwoju biologii molekularnej pozwalają dziś naukowcom tworzyć żywe systemy, które nigdy nie istniały w przyrodzie. Jak się okazuje, nie jest to trudne, szczególnie jeśli zaczniesz od czegoś już znanego i ograniczysz swoje roszczenia do tak prostych organizmów jak bakterie. Dziś w USA odbywa się nawet specjalny konkurs iGEM (International Genetically Engineered Machine), w którym zespoły studenckie rywalizują w opracowaniu najciekawszej modyfikacji powszechnych szczepów bakteryjnych przy użyciu zestawu standardowych genów. Na przykład, przeszczepiając zestaw jedenastu specyficznych genów do dobrze znanej bakterii E. coli (Escherichia coli), można sprawić, że kolonie tych bakterii, rosnące w równej warstwie na szalce Petriego, będą stale zmieniać kolor pod wpływem światła. ich. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie ich oryginalnych „zdjęć” o rozdzielczości równej wielkości bakterii, czyli około 1 mikrona. Twórcy tego systemu nadali mu nazwę „Koliroid” poprzez skrzyżowanie nazwy gatunkowej bakterii z nazwą słynnej firmy Polaroid. Obszar ten ma również swoje własne megaprojekty. I tak w towarzystwie jednego z ojców genomiki, K. Ventera, z pojedynczych nukleotydów zsyntetyzowano genom bakterii mykoplazmy, który nie jest podobny do żadnego z istniejących genomów mykoplazmy. DNA to zamknięto w „gotowej” otoczce bakteryjnej zabitej mykoplazmy i uzyskano działającą, tj. żywy organizm z całkowicie syntetycznym genomem.

30. Po raz pierwszy pojawiła się żywa komórka, całkowicie kontrolowana przez sztucznie syntetyzowany chromosom
Venter lekko uchylił najważniejsze drzwi w historii ludzkości. Nie tylko tworzy sztuczne kopie istot żywych i poddaje je modyfikacji genetycznej, on zmierza w stronę roli Boga: stwarza sztuczne życie, które w warunkach naturalnych nigdy by nie powstało.
Amerykanin Craig Venter zasłynął dzięki odszyfrowaniu ludzkiego genomu szybciej i taniej niż ktokolwiek na świecie.
Przewodnią zasadą biologii syntetycznej jest reprezentowanie żywych komórek za pomocą złożonych, skomputeryzowanych mechanizmów zdolnych do samoreplikacji.
„Chemiczna synteza życia jest jednym z wyzwań, przed którymi zawsze stała syntetyczna chemia organiczna” – mówi Craig Venter, najsłynniejszy adept SynBio.
Od czerwca 2004 r., kiedy Massachusetts Institute of Technology zorganizowała pierwszą konferencję dotyczącą biologii syntetycznej, badacze zaprojektowali i wyprodukowali tysiące programowalnych biourządzeń — elementów maszynerii genetycznej, które po złożeniu mogą wykonywać bardziej złożone zadania.
Oczekuje się, że te żywe urządzenia przyniosą ogromne korzyści. Będą w stanie wyprodukować dowolne farmaceutyki, jakie tylko można sobie wyobrazić, także te, których nie da się wytworzyć za pomocą konwencjonalnej chemii lub są obecnie zbyt drogie. W ten sam sposób mogą wytworzyć dowolny inny środek chemiczny lub polimer do produkcji tworzyw sztucznych, naturalnego drewna czy jedwabiu - a to wszystko będzie kilkukrotnie tańsze niż obecnie.
Projekt Billa Gatesa i Jaya Keaslinga mający na celu stworzenie organizmu wytwarzającego silny lek przeciwmalaryczny.
W 2004 roku Keesling, inżynier chemik w Berkeley, przekonał Fundację Billa i Melindy Gatesów do przekazania 42 milionów dolarów na jego projekt. Kisling zaczął od zwykłych drożdży piekarskich. Ewolucja „zaprogramowała” drożdże do przetwarzania cukru i produkcji różnych substancji biochemicznych. Do tego już funkcjonującego organizmu Kisling dodał opracowany w laboratorium program genetyczny, składający się z 12 nowych genów. Zmieniła metabolizm drożdży i zaczęły wytwarzać artemizyninę.
Medyczny aspekt SynBio zachwycił także kalifornijskich naukowców Christophera Voighta i Christinę Smolke. Teraz są na wczesnym etapie rozwoju drobnoustrojów, które krążąc wraz z krwią po całym organizmie człowieka, wykryłyby guzy nowotworowe. Drobnoustroje te mogłyby być wyposażone w urządzenia biologiczne, z których jedno wykrywałoby niski poziom tlenu charakterystyczny dla nowotworu, inne penetrowałoby komórki, trzecie wytwarzałoby toksynę, która zabijałaby te komórki, a czwarte pozostawałoby w stanie gotowości w w przypadku nawrotu raka. Z biegiem czasu te komórkowe „strażniki” będą w stanie kontrolować i regulować poziom różnych niezbędnych substancji we krwi, w tym glukozy i cholesterolu.
najgłośniejsze powinny być projekty tego samego Craiga Ventera i George'a Churcha. Postanowili stworzyć samowystarczalny, wysoce wydajny organizm, który przekształca światło słoneczne bezpośrednio w czyste biopaliwo. „Najbardziej zrównoważonym źródłem energii jest światło słoneczne, a najtańszymi produktami są produkty naftowe, które można transportować rurociągami” – mówi Church. „Będę więc dążył do stworzenia zrównoważonego systemu przedsiębiorstw, które syntetyzowałyby czyste chemikalia – oktan, olej napędowy itp. – i mogłyby dostarczać je bezpośrednio do rur bez dodatkowego oczyszczania”.
jego „dzieci” będą musiały przekształcać światło słoneczne bezpośrednio w biopaliwa, przy minimalnych szkodach dla środowiska i zerowej emisji gazów cieplarnianych. Organizmy te, mówi, „zastąpią przemysł petrochemiczny, większość żywności będą zaangażowane w bioremediację gleby i wytwarzanie czystej energii”.
Andy skonstruował już swój pierwszy syntetyczny wirus, wzorowany na dobrze zbadanym naturalnym wirusie T7. W przeciwieństwie do T7, nowemu wirusowi o nazwie T7.1 oszczędzono niepotrzebnej złożoności. Pomimo tego, że jego kod jest jedynie przybliżoną kopią stworzenia natury, T7.1 zachowuje się jednak jak wirus, infekując komórki bakteryjne i rozmnażając się w nich.

31. Wirusy dla mózgów i „przesadzanie” na antywirusach – nasza świetlana przyszłość?
(http://specnazspn.livejournal.com/221640.html)
W niedalekiej przyszłości hakerzy będą mogli włamać się nie tylko do naszych komputerów, ale także do naszych mózgów. Złośliwe programy, które dziś atakują właścicieli komputerów i urządzeń mobilnych, w niedalekiej przyszłości staną się prawdziwą bronią biologiczną. Tę opinię podzielają eksperci z zakresu biologii syntetycznej – najnowszego trendu współczesnej genetyki.
Biologia syntetyczna to programowanie życia. Komórki to żywe komputery, a DNA to język programowania.” Andrzej Hessel
Biocybernetyka pozwoli zaprogramować wirusy i bakterie w taki sposób, że gdy dostaną się do ludzkiego mózgu, staną się przewodnikami cudzej woli.

32. Biologia syntetyczna po cichu wkracza do żywności
Biologia syntetyczna, w skrócie synbio, to ożywiony owoc science fiction. Podczas gdy konwencjonalna biotechnologia zajmuje się wprowadzaniem genu z jednego organizmu do drugiego (w rezultacie powstaje GMO), „synbio” zajmuje się takimi sprawami, jak wprowadzanie wygenerowanych maszynowo sekwencji DNA do żywych komórek, czyli ogólnie tworzeniem nowych organizmów. Technologia ta dokonała znaczącego przełomu: firmie Evolva udało się stworzyć związek zwany waniliną, który w przeciwieństwie do wanilii nie rósł na winorośli, ale na syntetycznych drożdżach.
Zatem Evolva i jej magiczna wanilina „będą pierwszym głównym dodatkiem do żywności opartym na biologii syntetycznej, który trafi do supermarketów” – mówi Nature. A powinniśmy spodziewać się więcej:
„Ten produkt będzie zmianą w branży, która zazwyczaj koncentruje się na syntezie leków i towarów, takich jak biopaliwa i guma. Obecnie firmy zajmujące się biologią syntetyczną zwracają się ku „czystym chemikaliom”: składnikom żywności i aromatów, które osiągają wysokie ceny w małych ilościach. Wyprodukowanie tych produktów zajmie mniej czasu i pieniędzy, a ponadto będą znacznie mniej niebezpieczne” – mówi Goldsmith.

Plan:

Wstęp

• 1 Badania i naukowcy
• 2 Zagadnienia etyczne
• 3 Źródła i notatki

Wstęp

Biologia syntetyczna(biologia syntetyczna) to termin od dawna używany do opisania podejść w biologii, które mają na celu integrację różnych obszarów badań w celu stworzenia bardziej holistycznego podejścia do zrozumienia koncepcji życia.

Ostatnio termin ten został użyty w innym znaczeniu, sygnalizując nowy kierunek studiów, który łączy naukę i inżynierię w celu projektowania i budowy nowych (nieistniejących w przyrodzie) funkcji i systemów biologicznych.

Biologia syntetyczna to nowy kierunek w inżynierii genetycznej. Opracowany przez małą konstelację naukowców. Główne cele to:

1. Dowiedz się więcej o życiu, budując je z atomów i cząsteczek, a nie rozkładając je na części, jak to miało miejsce wcześniej.
2. Sprawienie, by inżynieria genetyczna była godna swojej nazwy, oznacza przekształcenie jej ze sztuki w rygorystyczną dyscyplinę, która nieustannie ewoluuje, standaryzując poprzednie sztuczne twory i łącząc je na nowo w celu stworzenia nowych, bardziej złożonych systemów żywych, które nie istniały wcześniej w naturze.
3. Zatrzeć granicę pomiędzy żywymi i maszynami, aby otrzymać prawdziwie programowalne organizmy.

Biologią syntetyczną zajmuje się ponad 100 laboratoriów na całym świecie. Prace w tym obszarze są fragmentaryczne; nad ich usystematyzowaniem pracuje biolog Drew Andy z Massachusetts Institute of Technology. Umożliwi to projektowanie żywych systemów, które zachowują się w przewidywalny (i uporządkowany) sposób i wykorzystują wymienne części ze standardowego zestawu genów. Naukowcy dążą do stworzenia rozbudowanego banku genetycznego, który umożliwi stworzenie dowolnego pożądanego organizmu (podobnie jak tworzenie obwodu elektronicznego z przemysłowych tranzystorów i diod). Bank tworzą biocegiełki (BioBrick) – fragmenty DNA, których funkcja jest ściśle określona i które można wprowadzić do genomu komórki w celu syntezy znanego białka. Wszystkie wybrane biocegiełki zostały zaprojektowane tak, aby dobrze współdziałały ze wszystkimi innymi na dwóch poziomach:

• mechaniczne – tak, aby można je było łatwo wyprodukować, przechowywać i włączyć do łańcucha genetycznego;
• oprogramowanie - tak, aby każda cegła wysyłała określone sygnały chemiczne i wchodziła w interakcję z innymi fragmentami kodu.

Obecnie w Massachusetts Institute of Technology stworzono i usystematyzowano ponad 140 biocegieł. Trudność polega na tym, że wiele zmodyfikowanych fragmentów DNA, wprowadzonych do kodu genetycznego komórki biorcy, niszczy ją.

Biologia syntetyczna jest w stanie stworzyć genetycznie zmodyfikowane bakterie, które mogą produkować najbardziej złożone i rzadkie leki tanio i na skalę przemysłową. Zaprojektowane genomy mogą pomóc w stworzeniu alternatywnych źródeł energii (synteza biopaliw) lub bakterii pomagających w usuwaniu nadmiaru dwutlenku węgla z atmosfery.

1. Badania i naukowcy

Korzenie biologii syntetycznej sięgają 1989 roku, kiedy zespół biologów z Zurychu pod kierownictwem Stevena Bennera zsyntetyzował DNA zawierający dwie sztuczne litery genetyczne oprócz czterech znanych (adenina, cytozyna, guanina i tymina) używanych przez wszystkie żywe organizmy na Ziemi .

Większość naukowców trzyma się modeli naturalnych; próbują stworzyć komórki otoczone dwuwarstwowymi błonami i wypełnione materiałem genetycznym w postaci DNA lub RNA.

• Biolog Drew Andy (Drew Endy, Massachusetts Institute of Technology) pracuje nad stworzeniem bio-detektora ukrytych min: do bakterii wprowadzany jest pożądany kod genetyczny, a następnie bakterie są rozpylane na ziemię. Tam, gdzie w glebie znajduje się TNT (i nieuchronnie wycieka on z kopalni), bakterie syntetyzują białko fluorescencyjne, dzięki czemu miny można wykryć w ciemności.

• Grupa naukowców z Uniwersytetu Princeton stworzyła świecącą bakterię E. coli.

• Biolodzy z Uniwersytetu w Bostonie (Boston University) wyposażyli bakterię E. coli w elementarną cyfrową pamięć binarną (połączyli u bakterii dwa nowe geny, które są aktywowane w przeciwfazie – w zależności od składników chemicznych na wejściu, bakterie te „przełączają się” ” pomiędzy dwoma stabilnymi stanami, jak wyzwalacz na tranzystorach).

• Jesienią 2003 roku grupa naukowców z Amerykańskiego Instytutu Biologicznych Alternatyw Energii zebrała żywego wirusa bakteriofaga phiX174 w ciągu zaledwie dwóch tygodni, syntetyzując jego DNA - 5386 par nukleotydów. Zsyntetyzowany wirus zachowuje się podobnie do wirusów naturalnych.

• Craig Venter, dyrektor Instytutu J. Craiga Ventera (JCVI), jest jednym z najwybitniejszych zwolenników biologii syntetycznej. Zamierza uzyskać prosty podstawowy organizm, na którym będzie można przetestować działanie szerokiej gamy sztucznych lub pożyczonych genów. Co więcej, w tym uniwersalnym kodzie znajdują się fragmenty różnych organizmów, wybrane tak, aby zapewnić komórce podstawowe funkcje, w tym wzrost i rozmnażanie. Taki „minimalny” organizm zapewniałby idealne warunki do eksperymentów z genami, gdyż nie zawierałby niczego zbędnego. Grupa naukowców z JCVI złożyła patent w USA na „minimalny genom bakteryjny” wystarczający do podtrzymania życia organizmu jednokomórkowego i złożyła wniosek o podobny patent międzynarodowy, który wymienia ponad 100 krajów, w których musi chronić prawa instytutu do tego kodeksu.

• Steen Rasmussen wraz z kolegami z American National Laboratory w Los Alamos (Los Alamos National Lab) zamierza stworzyć całkowicie nową formę życia. Chemicy i fizycy zamierzają stworzyć protokomórkę, która choć będzie bardziej prymitywna od bakterii, będzie musiała posiadać główne cechy życia: wytwarzać własną energię, wydawać potomstwo, a nawet rozwijać się. Poszukiwania te mogą dać odpowiedź na pytanie, czy pojawienie się życia jest dziełem przypadku, czy też jest nieuniknione. Protokomórka, zgodnie z zamysłem autora, powinna być najprostszym żywym układem: kwasy tłuszczowe, trochę środka powierzchniowo czynnego i sztuczny kwas nukleinowy PNA (PNA, peptydonukleinowy kwas).

• Steven A. Benner z amerykańskiej Fundacji Stosowanej Ewolucji Molekularnej (FfAME) jest jednym z pionierów biologii syntetycznej. Na początku 2009 roku wydał książkę Life, the Universe and the Scientific Method, w której wyraził swój punkt widzenia na temat tego, jak współcześni naukowcy próbują zrozumieć pochodzenie życia i w ten sposób wyobrazić sobie, jak mogłoby wyglądać życie w innych światach.

2. Kwestie etyczne

Niektórzy zwolennicy biologii syntetycznej uważają, że wszystkie nowe genomy stworzone przez naukowców powinny stać się własnością całej ludzkości i być wykorzystywane całkowicie swobodnie, bez praw jakiejkolwiek konkretnej grupy do tych kodeksów życia.

Pat Mooney, dyrektor kanadyjskiej organizacji ETC Group, która zajmuje się zagadnieniami bioetyki i zagrożeniami, jakie niektóre osiągnięcia naukowe niosą dla przyrody i społeczeństwa, uważa, że ​​takie badania są niebezpieczne, patent JCVI powinien zostać unieważniony, a wszelkie dane dotyczące tego genomu Zamknięte.

3. Źródła i notatki

• Biologia syntetyczna
• Genom z probówki obiecuje dobro i zło dla świata
• W kolebce bomby atomowej rodzi się nowa forma życia
• Bezprecedensowe życie w butelce wskazuje na kosmitów
• Po ropie: biopaliwa

Możliwość kontrolowania procesów zachodzących w żywym organizmie ograniczona jest jedynie naszą wyobraźnią. Już niedługo badacze będą mogli „zaprogramować” żywe komórki do produkcji biopaliw ze źródeł odnawialnych, „zmusić” je do oceny obecności toksyn w środowisku czy wyprodukować insulinę w ilości potrzebnej organizmowi… wkrótce inżynieria genetyczna stanie się czymś nie bardziej skomplikowanym niż tradycyjna inżynieria, a praca z żywymi komórkami będzie równie łatwa jak z konwencjonalnym komputerem. Uproszczoną formułę biologii syntetycznej można wyrazić w następujący sposób: „odczytaj sekwencje genetyczne białek pełniących określone funkcje, zdobądź wszystkie niezbędne „składniki”, złóż je w złożone struktury białkowe, a następnie umieść te struktury w żywej komórce i wykonaj z nich praca." Życie opiera się na uniwersalnym kodzie genetycznym, a biologia syntetyczna oferuje tak naprawdę stworzenie czegoś w rodzaju „pudełka z uniwersalnymi częściami i narzędziami”, czyli biologicznej wersji zestawu tranzystorów i przełączników, które można włożyć, jeśli to konieczne, we właściwe miejsce w łańcuchu reakcji biochemicznych zachodzących w komórce.

Jednak takie analogie nie wypełniają luki między tym, co wiemy o żywych systemach, a tym, jak faktycznie funkcjonują. „Niewiele jest reakcji biochemicznych, które rozumiemy lepiej niż śrubokręt czy tranzystor”– mówi Rob Carlson, jeden z liderów firmy biotechnologicznej Biodesic (USA). Trudności pojawiają się jednak wraz ze skomplikowaniem systemu i w pewnym momencie nie możemy już modelować tego czy innego procesu, ponieważ okazuje się, że jest on powiązany z kilkoma bardziej, równie złożonymi procesami. W 2009 roku naukowcy natknęli się na ciekawą prawidłowość: mimo że w ostatnich latach znacząco wzrosła liczba publikacji naukowych poświęconych opisom nowych szlaków biochemicznych, złożoność tych nowo opisanych szlaków, czyli inaczej mówiąc liczba Wręcz przeciwnie, liczba jednostek regulacyjnych na tych ścieżkach zaczęła spadać.

Przeszkody pojawiają się na każdym etapie modelowania procesów w systemach żywych: od charakteryzacji części składowych po montaż całego systemu. „Dzisiaj biologia wiele zapożycza od inżynierii””, mówi Christina Agapakis, która robi doktorat z biologii syntetycznej w Harvard Medical School w Bostonie. Niemniej jednak problemy nie powstrzymują badaczy i dziś większość z nich identyfikuje pięć głównych problemów biologii syntetycznej, które należy rozwiązać, aby dalszy rozwój tego kierunku.

Wiele szczegółów systemów biologicznych jest nieznanych

Części struktury biologicznej są bardzo zróżnicowane: obejmują określone sekwencje DNA kodujące określone białka, regiony regulatorowe genów oraz ogromną różnorodność białek i innych elementów szlaków biochemicznych. Niestety większość tych części jest nadal niewystarczająco scharakteryzowana lub w ogóle nie scharakteryzowana, przez co badacz próbując modelować strukturę integralną staje przed ogromną liczbą niewiadomych, z których każda może znacząco wpływać na właściwości i zachowanie się modelowanego systemu. Co więcej, próbując wyjaśnić funkcje tej czy innej „części”, badacze stają przed faktem, że na przykład to samo białko testowane w różnych laboratoriach zachowuje się inaczej i może również działać nie tylko inaczej, ale także bezpośrednio funkcje przeciwne, funkcje w różnych typach komórek.

W Stanach Zjednoczonych Massachusetts Institute of Technology utworzył Rejestr standardowych części biologicznych, a raczej Rejestr standardowych części biologicznych, w którym można znaleźć i zamówić ponad 5000 standardowych „części” charakteryzujących się: genami, promotorami, miejscami wiązania rybosomów , terminatory transkrypcji, plazmidy, startery itp. Dyrektor rejestru Randy Rettberg nie gwarantuje jednak, że wszystkie te szczegóły będą działać prawidłowo. Większość z nich została zsyntetyzowana przez studentów biorących udział w konkursie iGEM (International Genetically Engineered Machine). Konkurs ten organizowany jest co roku od 2004 roku. Uczestnicy tworzą nowe syntetyczne układy biologiczne, wykorzystując zestawy gotowych „części” lub syntetyzując nowe. Niestety większość uczestników nie ma wystarczającej ilości czasu i wiedzy, aby podać szczegółowy opis każdego z nich od nowa zsyntetyzowany „szczegół”.

Ryż. 2. „Szczegóły” systemów biologicznych przedstawiono w postaci klocków LEGO. Podobne zdjęcia można znaleźć w czasopismach Nowojorczyk(po lewej) i Przewodowy. Autorzy czasopism przedstawiają współczesną biologię jako prostą konstrukcję ze znanych „kostek”. Prawda jest taka, że ​​nie wiemy, ile z tych „cegieł” działa, a te, które wydają nam się dobrze zrozumiane, mogą zachowywać się nieprzewidywalnie w połączeniu z innymi „cegłami” lub przy zmianie warunków (Zdjęcia: J. Swart; M.Knowles ).

Próbując zoptymalizować metabolizm laktozy u bakterii, zespół iGEM z Uniwersytetu w Pawii we Włoszech przetestował kilka promotorów z Rejestru, wstawiając je do bakteryjnego DNA. Escherichia coli. Większość promotorów działała (tylko jeden okazał się nieaktywny), ale o wielu z nich nie było prawie nic wiadomo. Rettberg twierdzi, że do tej pory niezależni eksperci wykazali, że 1500 ze zgromadzonych w Rejestrze „części” działa zgodnie z przewidywaniami ich twórców, 50 w ogóle nie działa lub zachowuje się zupełnie inaczej niż wcześniej sądzono, natomiast reszta pozostaje niezweryfikowana.

Twórcy Rejestru starają się podnosić jakość swoich zbiorów, angażując niezależnych ekspertów i zapraszając badaczy pracujących z uporządkowanymi „detalami” do przesyłania swoich danych na temat funkcjonowania tego czy innego „detalu” w różnych układach biologicznych. Specjaliści zajmujący się selekcją „szczegółów” do Rejestru przeprowadzają sekwencjonowanie sekwencji nukleotydowej każdego nowego „szczegółu”. Profesorowie Adam Arkin i Jay Keasling z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley również obecnie opracowują program BIOFAB wraz z profesorem Drew Andym z Uniwersytetu Stanforda, którego celem jest synteza i badanie nowych i istniejących „szczegółów” żywych systemów. Pod koniec ubiegłego roku Narodowa Fundacja Nauki Stanów Zjednoczonych (National Science Foundation) przeznaczyła na te badania 1,4 mln dolarów. Projekt zakłada między innymi opracowanie metod, dzięki którym możliwa byłaby standaryzacja pracy w różnych laboratoriach i porównywanie danych uzyskanych przez różnych badaczy. Ideolodzy BIOFAB wierzą, że uda im się przynajmniej o połowę zmniejszyć zmienność danych z różnych laboratoriów, która pojawia się na skutek braku standardowych warunków pracy z biosystemami.

Cele projektu BIOFAB mogą wydawać się proste, ale opracowanie standardów pracy z żywymi systemami jest zadaniem bardzo trudnym. Na przykład, gdy do komórki ssaka wprowadza się konstrukt genetyczny, nie da się kontrolować wstawienia tego konstruktu do DNA komórki - innymi słowy, wprowadzone geny trafiają w dowolne miejsce w genomie i mogą wpływać na ekspresję genów zlokalizowanych w pobliżu, co spowoduje nieprzewidywalne skutki. Martin Fussenegger, profesor biotechnologii i bioinżynierii w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii, uważa, że ​​systemy biologiczne są zbyt złożone, aby w zasadzie można było wprowadzić jakiekolwiek wspólne standardy.

Funkcjonowanie układów biologicznych jest nieprzewidywalne

Nawet jeśli znana jest funkcja każdej części składowej systemu, razem mogą one działać w nieprzewidywalny sposób, a biolodzy bardzo często muszą pracować metodą prób i błędów. „Wciąż, niczym bracia Wright, próbujemy skleić samolot z kawałków drewna i skrawków papieru”, mówi Luis Serrano, badacz w Centrum Regulacji Genomu w Barcelonie. „Wystrzeliwujesz jedną konstrukcję w powietrze, ale ta spada i pęka. Wystrzelisz kolejnego, a może będzie latał trochę lepiej..

Ryż. 3. „Komórki można bardzo łatwo przeprogramować.” Czasopisma Amerykański naukowiec I Spektrum IEEE przedstawił biologię syntetyczną jako tak prostą, jak projektowanie mikroczipów lub mikroczipów. Chociaż symulacje komputerowe mogą pomóc naukowcom przewidzieć zachowanie komórki, komórka jest złożonym, zmiennym i stale rozwijającym się systemem, który jest o rząd wielkości bardziej złożony niż to, co dzieje się na komputerze (Zdjęcia: Slim Films, H. Campbell) .

Bioinżynierowi Jimowi Collinsowi i jego współpracownikom z Uniwersytetu Bostońskiego w Massachusetts nie udało się zmusić tak zwanego systemu „przełącznika” do działania w drożdżach. Około dziesięć lat temu w jego laboratorium stworzono taki system w komórce bakteryjnej. E coli: badacze wprowadzili do komórki konstrukt genetyczny, który w stanie spoczynku komórki wyrażał jeden gen (nazwijmy go genem A), a pod pewnym wpływem chemicznym przełączał się na ekspresję innego genu (nazwijmy to genem B) . Jednak początkowo komórki cały czas odmawiały syntezy produktu genu B – po przerwaniu obróbki chemicznej nieuchronnie wracały do ​​syntezy produktu genu A. Problem, jak wyjaśnił Collins, polegał na tym, że promotory genu dwa geny działały niezrównoważone, dlatego gen A zawsze ulegał aktywniejszej ekspresji niż gen B. Naukowcy musieli spędzić około 3 lat, aby system zaczął działać prawidłowo.

Symulacje komputerowe mogą pomóc w rozwiązaniu problemu ciągłego „odgadywania funkcji” w biologii syntetycznej. W 2009 roku Collins i współpracownicy stworzyli kilka nieco różniących się wersji tych dwóch promotorów. Jedną wersję obu promotorów wykorzystano do stworzenia „zegara genetycznego” – systemu, który powoduje, że po pewnym czasie komórka przełącza się z ekspresji jednego genu na ekspresję innego. Po stworzeniu i przetestowaniu takiego układu jego parametry wprowadzano do specjalnie opracowanego programu komputerowego, który na ich podstawie mógł obliczyć zachowanie systemu w przypadku zastosowania innych wariantów tych samych promotorów. Zatem eksperyment pokazał, że w zasadzie symulacja komputerowa może znacznie skrócić czas spędzony na badaniu zachowania żywych systemów, ponieważ nie będzie konieczne testowanie każdego układu w laboratorium, możliwe będzie po prostu wprowadzenie jego parametrów do programu i uzyskać model jego zachowania.

Nie wszystkie systemy biochemiczne działają w komórce wystarczająco dobrze: niedoskonałe systemy można ulepszyć poprzez tak zwaną ewolucję ukierunkowaną, która obejmuje mutacje w DNA komórki, ocenę powstałych systemów „w praktyce”, wybór najskuteczniejszych opcji i ich ochrona. Można także modelować proces ukierunkowanej ewolucji enzymów i innych białek – twierdzi Francis Arnold z California Institute of Technology () w Pasadenie, który w swoim laboratorium wykorzystuje tę technikę do otrzymywania enzymów biorących udział w produkcji biopaliw.

Złożoność systemów jest zbyt duża

Im bardziej złożone stają się systemy biologiczne, tym mniej wykonalne staje się ich sztuczne konstruowanie i testowanie. Kisling i jego współpracownicy opracowali sztuczny system syntezy molekularnego prekursora związku przeciwmalarycznego, artemizyny. System ten obejmuje dwanaście różnych genów i jest jak dotąd najbardziej udaną i najczęściej cytowaną pracą w dziedzinie biologii syntetycznej. Kierownik badania oszacował, że odkrycie wszystkich genów zaangażowanych w ten proces i opracowanie syntetycznego systemu kontrolującego ekspresję każdego genu zajęło około 150 osobolat. Na przykład badacze musieli przetestować wiele interakcji między składnikami układu, aby uniknąć tworzenia się toksycznego półproduktu podczas syntezy produktu końcowego.

„Ludzie nawet nie myślą o uruchamianiu takich projektów, ponieważ wymagają one zbyt dużo czasu i pieniędzy””, mówi Reshma Shetty, współzałożycielka Ginkgo BioWorks w USA. Firma opracowuje zautomatyzowane schematy łączenia „szczegółów” genetycznych (fragmentów DNA kodujących białka, promotory itp.) w systemy o pożądanych właściwościach. Oryginalne fragmenty DNA syntetyzowane są w taki sposób, że robot może je połączyć. Zasady syntezy fragmentów w taki sposób, aby dało się je złożyć w jedną całość, określa tzw. Standard BioBrick.

W Berkeley grupa naukowców pod przewodnictwem J. Christophera Andersona opracowuje system, w którym całą pracę związaną z montażem „części” wykonuje nie robot, ale bakterie. Za pomocą metod inżynierii genetycznej do komórek E coli umieszczają geny enzymów zdolnych do cięcia i sklejania cząsteczek DNA w określony sposób. Komórki te nazywane są komórkami asemblera. Inne komórki bakteryjne są modyfikowane w taki sposób, aby mogły wybrać niezbędne cząsteczki spośród wielu zsyntetyzowanych. Komórki te nazywane są komórkami selekcyjnymi. Do przeniesienia DNA z „komórek zbierających” do komórek „selekcyjnych” badacze proponują wykorzystanie fagemidów – plazmidów pochodzących z wirusów bakteriofagów. Anderson uważa, że ​​system bakteryjny poradzi sobie z pracą wykonywaną przez robota w dwa dni, w zaledwie trzy godziny.

Wiele syntetycznych struktur jest nie do pogodzenia z życiem

Utworzony in vitro a syntetyczne konstrukty genetyczne umieszczone w komórce mogą mieć nieprzewidywalne skutki. Chris Voigt z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco pracuje nad tym problemem od 2003 roku. Voigt wykorzystał konstrukty genetyczne oparte na fragmentach bakteryjnego DNA Bacillus subtilis, aby stworzyć system ekspresji określonych genów w odpowiedzi na bodziec chemiczny. Chciał zbadać powstały konstrukt genetyczny poza komórką B. subtilis, więc przeniosłem to do komórek E coli jednak w przypadku innych bakterii system przestał działać.

„Po zbadaniu hodowli bakterii pod mikroskopem stwierdziliśmy, że komórki są chore., mówi Voigt, jednego dnia system zachowywał się w ten sposób, następnego zachowywał się inaczej„. Okazało się, że wprowadzenie do komórek E coli obcy konstrukt genetyczny doprowadził do zakłócenia ekspresji niezbędnych białek. „W przypadku samego projektu genetycznego wszystko było w porządku, - naukowiec jest zaskoczony, - tylko jedna z jego części okazała się nie do pogodzenia z życiem bakterii”.

Naukowcy pod kierunkiem profesora Lingchong You z Duke University w USA odkryli, że nawet prosty system ekspresji, składający się z pojedynczego genu, którego produkt stymuluje własną syntezę, może prowadzić do poważnych zmian w komórce gospodarza. Aktywowany w komórkach E coli syntetyczny konstrukt genetyczny doprowadził do zahamowania wzrostu bakterii, co z kolei spowodowało wzrost stężenia syntetycznego białka w hodowli komórkowej. W efekcie w hodowli zaobserwowano zjawisko tzw. bistabilności: część komórek produkowała interesujące nas białko, natomiast w pozostałych komórkach jego produkcja była blokowana.

Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo nieoczekiwanych efektów, badacze opracowują systemy „ortogonalne”, które działają w komórce niezależnie od procesów naturalnych. Biolog Jason Chin i jego koledzy z Laboratorium Biologii Molekularnej Rady ds. Badań Medycznych w Cambridge stworzyli system wytwarzający białko w E coli, który działa całkowicie niezależnie od naturalnych procesów biochemicznych zachodzących w komórce. W systemie tym synteza informacyjnego RNA na bazie DNA prowadzona jest przez specyficzną polimerazę RNA, która rozpoznaje określony promotor genu, różniący się sekwencją nukleotydową od własnych promotorów komórki. Powstały informacyjny RNA (mRNA), zwany O-mRNA („ortogonalny mRNA”), wiąże się z O-rybosomem, który również jest składnikiem sztucznego układu i jest zdolny do syntezy białka wyłącznie na bazie O-mRNA, bez interakcji z własnym mRNA komórki.

W ten sposób w komórce powstaje system równoległy, który nie niszczy procesów życiowych, a elementy tego układu można modyfikować. Na przykład podczas eksperymentowania ze swoim systemem naukowcy usunęli fragment DNA kodujący część O-rybosomu, co spowodowało szybszą produkcję białka.

Innym rozwiązaniem jest fizyczne wyizolowanie syntetycznej struktury molekularnej we wnętrzu komórki. Wendell Lim z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco eksperymentuje z tworzeniem struktur błonowych, w których mogą działać syntetyczne konstrukty genetyczne. Naukowcy pracują nad komórkami drożdży piekarskich, ale uważają, że podobne zasady można zastosować w przypadku bakterii.

Zmiana niszczy system

Naukowcy chcą mieć pewność, że stworzone przez nich sztuczne układy będą stabilne w czasie, jednak procesy molekularne zachodzące w komórce podlegają przypadkowym wahaniom. Wahania te mogą być spowodowane zarówno przyczynami wewnętrznymi, jak i zewnętrznymi, np. zmianami warunków uprawy. Niestety, losowo występujące mutacje we własnym genomie komórki mogą doprowadzić do zniszczenia sztucznego układu.

Michael Elowitz i jego współpracownicy z California Institute of Technology w Pasadenie dziesięć lat temu stworzyli pierwszy oscylator genetyczny i ocenili na nim wpływ przypadkowych zmian zachodzących w komórce. Oscylator genetyczny był układem trzech genów, których interakcja produktów doprowadziła do syntezy białka fluorescencyjnego, a synteza ta nie zachodziła stale, ale okresowo, w wyniku czego komórki zaczęły migotać. Jednak proces ten nie był taki sam we wszystkich komórkach. Niektóre były jaśniejsze, inne ciemniejsze, niektóre migotały często, inne rzadko, a w przypadku niektórych wzór migotania i intensywność blasku zmieniały się w czasie.

Ryż. 4. Oczekiwanie na niesamowite odkrycia projektantów czasopism o biologii syntetycznej Natura przedstawiani jako człowiek zyskujący zdolność tworzenia syntetycznego życia (po prawej), a ich koledzy z Grupy ETC porównali działania naukowców z „zabawą w Boga”. Rzeczywistość jest jednak taka, że ​​nadal istnieje wiele nierozwiązanych problemów w tej dziedzinie, a jej osiągnięcia są nadal bardzo dalekie od praktycznego zastosowania (zdjęcia: R. Page/ETC Group; numer 1 Adventures in Synthetic Biology. Historia: Drew Endy & Isadora Deese. Grafika: Chuck Wadey).

Yelowitz uważa, że ​​różnice te mogą wynikać z różnych powodów. Komórka może wykazywać ekspresję genów w sposób ciągły lub przerywany. Wynika to między innymi z całkowitej ilości zawartego w nim mRNA oraz obciążenia układów wytwarzających białka, takich jak polimerazy i rybosomy.

Jeff Hasty i jego zespół biologii syntetycznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego opisali w 2008 roku bardziej stabilny oscylator genetyczny. Stosując inny konstrukt genetyczny i całkowicie kontrolując warunki hodowli, naukowcy osiągnęli to, że wszystkie komórki w hodowli miały ten sam wzór ekspresji białka fluorescencyjnego, a co za tym idzie, wzór migotania. Niedawno naukowcy wykazali, że synchronizację migotania można osiągnąć za pomocą interakcji międzykomórkowych. Kierownik pracy uważa, że ​​zamiast próbować pozbyć się wpływu procesów komórkowych na układ syntetyczny, można zastosować naturalne reakcje biochemiczne, dostosowując je do własnych potrzeb. Podkreśla, że ​​np. w fizyce szum czasami nie przeszkadza, a wręcz przeciwnie, pomaga wykryć użyteczny sygnał. „Jeśli nie możesz czegoś pokonać, musisz nauczyć się, jak z tego korzystać”, wyjaśnia Hastie. Przykładowo „szum” pozwala komórkom reagować na wprowadzenie syntetycznego konstruktu w nieco inny sposób, co czyni kulturę bardziej odporną na zmiany warunków zewnętrznych.

Inny kierunek badań, prowadzony przez George'a Churcha z Harvard Medical School w Bostonie, polega na poszukiwaniu sposobów opracowania stabilnych linii bakteryjnych. Church wierzy, że zmienność naturalnych procesów molekularnych można ponownie ograniczyć poprzez sztuczną zmianę genomu komórki, wprowadzenie do niej dokładniejszych systemów replikacji DNA, modyfikację regionów genomu podatnych na mutacje i zwiększenie liczby kopii jej genomu w komórce. Ten kierunek jest również bardzo ważny, ponieważ stabilność żywej komórki, która nie jest bardzo istotna w przypadku prostych układów syntetycznych, staje się niezwykle ważna przy budowaniu złożonych.

Czy to czas na praktykę?

Pomimo wszystkich trudności biologia syntetyczna aktywnie się rozwija. Naukowcom udało się już uzyskać linie E coli, których komórki potrafią zliczać zdarzenia – na przykład liczbę własnych podziałów oraz rozpoznawać w otoczeniu oświetlone i ciemne obszary. Uzyskano syntetyczne konstrukty, które działają nie tylko w komórkach bakteryjnych, ale także w bardziej złożonych komórkach. Powstają nowe ośrodki studiów nad biologią syntetyczną i nowe programy na uniwersytetach.

System otrzymywania prekursora artemizyny otrzymany przez grupę Kisling praktycznie znalazł zastosowanie komercyjne. Zainteresowała się nim francuska firma Sanofi-Aventis, która planuje wprowadzić konstrukt genetyczny na rynek do 2012 roku. Pozyskiwaniem biopaliw syntetycznych interesuje się kilka innych firm. Naukowcy uważają, że to dopiero początek.

Artykuł na konkurs „bio/mol/text”: Niedawno opublikowany artykuł biologów z Harvardu poruszył wiele agencji informacyjnych: naukowcy zamienili E. coli w biologiczny analog komputera, w którym krótkie cząsteczki RNA pełnią rolę sygnałów elektrycznych. W swoim artykule chciałbym dokonać krótkiego przeglądu osiągnięć współczesnych bioinżynierów, a następnie opowiedzieć opinii publicznej o tym, jak działają „biokomputery” i czego od nich oczekujemy.

Sponsorem generalnym konkursu jest firma: największy dostawca sprzętu, odczynników i materiałów eksploatacyjnych do badań i produkcji biologicznej.

Sponsorem Nagrody Publiczności i partnerem nominacji „Biomedycyna Dziś i Jutro” była firma „Invitro”.

„Książka” sponsorem konkursu – „Alpina non-fiction”

Przez całe istnienie ludzkości głównym sposobem poznania czegoś była obserwacja. Arystoteles rozbił jaja kurze na różnych etapach inkubacji i naszkicował to, co zobaczył, próbując to później wyjaśnić. Z czasem pojawiła się nieco bardziej niezawodna metoda – eksperyment, w którym całkowicie kontrolujemy warunki obserwacji. Jednak w ostatnich latach naukowcy coraz częściej chcą ingerować w procesy życiowe, wymyślać nowe geny przydatne dla ludzkości lub po prostu coś tam rozbić i zobaczyć, co się stanie.

We współczesnej biologii biolodzy syntetyczni i bioinżynierowie zajmują się kwestiami interwencji w systemy żywe. Rozwijają racjonalne podejście do kontroli i programowania funkcji komórkowych; metody badania tworzenia sztucznych konstruktów, schematów i sieci genetycznych. Inspiracji można szukać w naturze, przenosząc geny pomiędzy organizmami, albo wymyślać zupełnie nowe układy, nie mające odpowiednika w świecie żywym.

Dla lepszego zrozumienia materiału szybko odświeżymy szkolną wiedzę.

Aparat genetyczny w 30 sekund

Współczesne podstawowe założenia biologii molekularnej są w skrócie opisane przez tzw centralny dogmat(ryc. 1): informacja genetyczna koduje sekwencję białka i jest przechowywana w komórce w postaci DNA, a RNA przekazuje informację o aminokwasach do molekularnej maszyny syntezy białek - rybosom. Wymagane są dwa terminy: transkrypcja- proces syntezy RNA z matrycy DNA, - oraz audycja- proces syntezy białek z aminokwasów na matrixie RNA.

Rycina 1. Główny dogmat biologii molekularnej. Schemat przedstawia główne procesy przekazywania i wdrażania informacji genetycznej w komórce.

Szczegółowy przegląd stanu wiedzy w biologii syntetycznej wymagałby całej serii artykułów, dlatego ograniczę się do kilku wybranych, najbardziej przydatnych dla ludzi lub po prostu najbardziej ekscytujących osiągnięć.

Zacznijmy prosto – od podziału

Ukierunkowana mutageneza zapewnia stosunkowo prosty sposób określenia roli konkretnego genu/białka w procesach komórkowych – proces, który zakończy się niepowodzeniem z powodu rozkładu tego genu lub białka, zależy oczywiście od jego funkcji. Przykładowo wyłączamy w roślinie pewien interesujący nas gen → zamiast normalnych kwiatów widzimy tylko pręciki i słupki → wniosek: gen bierze udział w tworzeniu części kwiatu. Wydawać by się mogło, że przyroda jest już pełna mutantów, po co więc tworzyć nowych? Jednak ustalenie, który gen jest wyłączony u naturalnego mutanta, jest znacznie trudniejsze niż ręczne jego uszkodzenie. określony mamy ten sam gen.

obce geny

Zamiast wyłączać geny, można spróbować wprowadzić do organizmu geny innych gatunków. Klasyczne badania z zakresu modyfikacji genetycznych skupiają się na rolnictwie i hodowli zwierząt, nie oznacza to jednak, że tymi samymi metodami nie możemy rozwiązać ciekawszych problemów.

W ostatnich latach choroby tropikalne cieszą się coraz większym zainteresowaniem mediów. To wirus Zika, denga i malaria. I to właśnie ta ostatnia infekcja budzi największe obawy. W ostatnim stuleciu malaryczny Plasmodium stał się odporny na prawie wszystkie klasyczne leki. Artemizynina, opracowany w latach 70. XX w. (za jego opracowanie, notabene, został nagrodzony Nagrodą Nobla w 2015 r.), stał się nową nadzieją dla lekarzy i rzeczywiście doprowadził do gwałtownego spadku śmiertelności z powodu malarii w ostatnich dziesięcioleciach. Obecnie artemizynina jest produkowana na skalę komercyjną przy użyciu sztucznego szlaku biochemicznego – enzymy przeprowadzające pożądane reakcje są zbierane z różnych bakterii w jeden zmodyfikowany szczep. Z punktu widzenia technologów chemicznych jest to wspaniałe rozwiązanie – nie przejmujemy się izolacją półproduktów, zużywamy mniej energii na reakcje, a produkt jest łatwy do wyizolowania – wystarczy odfiltrować bakterie.

Aby rozwiązać problem chorób przenoszonych przez owady, istnieje inne rozwiązanie - mutagenna reakcja łańcuchowa , . Nazwa brzmi przerażająco i w dużej mierze jest prawdziwa. Istotą tej metody jest spowodowanie zmiany w genomie rozprzestrzeniającym się w populacji, co może skutkować zmianą absolutnie wszystkich organizmów danego gatunku. Rysunek 2 pokazuje, jak typ mutanta (oznaczony w niebieskim) może stać się dominujący w populacji. Naruszamy mendlowskie prawa dziedziczenia wprowadzając do genomu enzymy modyfikujące je.

Dzięki mutagennej reakcji łańcuchowej komary mogą stać się niezdolne do przenoszenia malarii wszyscy potomkowie zmodyfikowany komar również nie będzie w stanie zarazić ludzi.

Dla wielu naukowców mutagenna reakcja łańcuchowa budzi ogromne obawy. Mutacja raz wprowadzona do genomu pojedynczego osobnika rozprzestrzenia się w niekontrolowany sposób w genomach dzieci, wnuków, prawnuków i wszystkich kolejnych pokoleń populacji. Z tego powodu „dzikie” organizmy mogą zniknąć z powierzchni ziemi.

Mniej radykalna, ale bardzo podobna metoda jest już stosowana. W Brazylii fabryki produkują komary GMO, których potomstwo jest bezpłodne i wypuszczają je na wolność. Pomaga to zmniejszyć liczbę komarów przenoszących dengę, zika, malarię i tym podobne. Ponieważ jednak metoda działa tylko na dwa pokolenia, nie ma niebezpieczeństwa, że ​​coś wymknie się spod kontroli.

Wszystko dzieje się zgodnie z prawami genetyki populacyjnej: zmodyfikowane samce konkurują o reprodukcję na równych prawach z naturalnymi samcami, więc liczba zdolnych do życia dzieci w następnym pokoleniu maleje, co oznacza, że ​​liczba ta również maleje. Zysk!

Mózg w technicolorze

Enzymy restrykcyjne – te same, które edytowały genomy komarów i muszek owocowych – mogą również pomóc nam w zadaniach z zakresu neuronauki.

metoda Mózg umożliwiło neurobiologom pomalowanie każdego neuronu w mózgu (w tym przypadku szczurów) na indywidualny kolor. I chodzi nie tylko o to, że wygląda to obłędnie pięknie, ale też o to, że struktura mózgu stała się o jeden poziom bardziej precyzyjna: teraz możemy prześledzić wzajemne połączenia neuronów znajdujących się w tej samej warstwie kory, znaleźć mniej oczywistą sygnalizację paths , przybliż nas trochę do kompilacji konektom- mapy wszystkich kontaktów neuronów w mózgu. Działa to w ten sposób: do genomu wstawia się kilka fluorescencyjnych białek o różnych kolorach, a gdy komórka różnicuje się w neuron, enzymy restrykcyjne losowo wyłączają część z nich. Zatem każdy neuron ma swój własny kolor i wyraźnie wyróżnia się na tle pozostałych (ryc. 3).

Sieci, obwody i pętle

Nie będziemy jednak długo rozwodzić się nad modyfikacjami i insercjami pojedynczych (nieoddziałujących ze sobą) genów, gdyż cała złożoność i zawiłość systemów żywych wynika głównie z ogromnej liczby i różnorodności systemów regulacyjnych działających zarówno na poziomie transkrypcja i tłumaczenie. Teraz wiemy wystarczająco dużo o regulacjach, aby spróbować je stworzyć sieci geny, które działają wtedy, kiedy tego potrzebujemy.

Jednym z ważnych typów sieci genów jest oscylatory . Są to systemy, które przechodzą przez wiele stanów. Na przykład sieci oscylacyjne regulują rytmy dobowe u zwierząt, rytmy dobowe sinic. Sztuczne oscylatory są jednym z pierwszych tematów badawczych bioinżynierów. Bakterie zmieniające cyklicznie kolor w wyniku błędnego koła aktywacji i dezaktywacji różnych genów (wideo) pojawiły się już w 2008 roku. Posiadanie takiej „tymczasowej” kontroli produkcji białek może być bardzo ważne, ponieważ cała przyroda żyje w cyklach.

Jednocześnie nowsze artykuły mówią o możliwości uzyskania synchronicznych zmian barwy w całej rodzinie.

Wideo. Bakterie oscylujące pomiędzy stanem fluorescencyjnym i bezbarwnym.

Innym przykładem „koloru” są bakterie, które reagują na światło, w wyniku czego zostały oświetlone. Taka „TV bakteryjna” (przykład na rycinie 4) otwiera przed nami nowy sposób kontrolowania genomu bakterii, który nie wymaga żadnej chemicznej obróbki kultury. Rzeczywiście, różne długości fal światła, które napromieniają komórki, to coś w rodzaju przycisków na pilocie, które włączają syntezę różnych białek.

Rycina 4. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology przedstawili logo swojej uczelni na szalce Petriego ze zmodyfikowanymi bakteriami ( lewy górny- obraz wyświetlany na kolonię).

RNA

Naukowcy nie zapomnieli o innym rodzaju makrocząsteczek - kwasach rybonukleinowych. Nie będziemy teraz rozwodzić się nad znaczeniem RNA dla komórek i jego rolą w procesach powstawania życia i ewolucji, ale porozmawiajmy więcej o praktycznej stronie jego zastosowania w biologii syntetycznej.

Z jednej strony RNA jest znacznie bardziej zróżnicowane niż DNA i białka: wiele konformacji (struktur przestrzennych) pozwala RNA odgrywać dowolną rolę, od nośnika informacji genetycznej, receptora/czujnika, szkieletu strukturalnego, a nawet aktywności enzymatycznej.

Z drugiej strony RNA w czystej postaci jest maksymalnie niestabilne, nie żyje w komórce przez długi czas, a praca z nim wymaga więcej czasu i wysiłku.

Powody są nieco nietrywialne: RNA reaguje chemicznie sam ze sobą, a człowiek wydziela wraz z potem i oddechem mnóstwo RNaz (enzymów rozkładających RNA), które pełnią rolę pierwszej bariery ochronnej przed wirusami.

Jednak i w tym obszarze zachodzą piękne i złożone inwestycje. Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda opracowali bioczujniki RNA: zmodyfikowane komórki generują rozpoznawalny RNA, który następnie nanosi się na papier w postaci ekstraktu komórkowego. Paski testowe wysychają i można je przechowywać przez długi czas. Po zastosowaniu wody i próbki, receptor RNA rozpoznaje określony cel i rozpoczyna syntezę kolorowego białka (ryc. 5).

W rezultacie powstają niedrogie, solidne i dokładne analizatory, które w ciągu minuty potrafią zidentyfikować chorobę lub infekcję na podstawie kropli śliny lub krwi poza laboratorium w dowolnym miejscu na świecie.

Biokomputer

Z przeglądu ogólnego dorobku biologii syntetycznej możemy teraz przejść do obiecanego rozważenia tematu „biokomputerów”. Przed nami najtrudniejsza część materiału, ale to nie czyni go mniej ciekawym i pięknym. Na początek przypomnijmy sobie, czym zajmują się urządzenia komputerowe: pobierają pewne sygnały wejściowe, przetwarzają je (na przykład porównują, sumują, wybierają jeden z kilku), a następnie wytwarzają wynik odpowiadający danym wejściowym.

Wszystkie organizmy żywe są formalnie biokomputerami: na podstawie warunków zewnętrznych (światło, dostępność pożywienia, gęstość zaludnienia i wiele innych) decydują, które białka syntetyzować, w jakim kierunku się poruszać, kiedy się rozmnażać i gromadzić… Ale tylko wszystkie te działania - nie to, co chcemy uzyskać. Biolodzy syntetyczni chcą sami zdefiniować sygnały, proces „obliczeń” i wynik. Dlaczego tego potrzebujemy? Zastosowania „live computingu” można znaleźć w biotechnologii, medycynie, a nawet w samej działalności naukowej. Pomogą nam osiągnąć znaczną automatyzację procesów, czy to będzie badanie krwi, czy monitorowanie procesu biotechnologicznego. A teraz jest to w dużej mierze realistyczne do wdrożenia.

Dobrym przykładem jest operon laktozowy, którego praca rozpoczyna się dopiero po spełnieniu dwóch warunków: JEST laktoza I NIE MA glukozy. Wyprowadzana jest praca operonu; glukoza, laktoza – wsad, warunki – przetwarzanie.

Logika

Ważnym elementem w obliczeniach są elementy logiczne (tzw zawory), które wykonują podstawowe operacje, takie jak AND, OR, NOT i tak dalej. Pozwalają zmniejszyć liczbę sygnałów, umożliwiają dodanie rozgałęzień (jeśli… to… itd.) do przyszłego programu. Takie schematy można wdrożyć zarówno na poziomie genu (ryc. 6), jak i na etapie translacji przy użyciu krótkich syntetyzowanych cząsteczek RNA. Łańcuchy białek aktywatora i represora można z powodzeniem uznać za tranzystory.

Pamięć

Komputer jest nie do pomyślenia bez pamięci i biolodzy to rozumieją. Pierwszy artykuł na temat sztucznej pamięci biologicznej opublikowano w 2000 roku. Wykorzystując sygnał zewnętrzny, naukowcom udało się przełączyć komórkę pomiędzy dwoma stabilnymi stanami (np. pomiędzy syntezą dwóch różnych białek), które formalnie stanowią pojedynczy bit pamięci (ryc. 7).

Rysunek 7. Schemat przełącznika genu. Cewki indukcyjne 1 I 2 - sygnały sterujące, geny represorowe zapewniają jednoczesne działanie tylko jednej połowy (jednego z dwóch stanów) układu.

Takie podstawowe elementy otwierają ogromne pole dla wyobraźni – istnieją np. schematy zliczające liczbę zdarzeń wyznaczających granicę światła i cienia… Ale wciąż przed nami długa droga badań, pomysłów i przełomów .

iGEM

Trudno w to uwierzyć, ale biologia syntetyczna ma dość niski próg wejścia (oczywiście tylko wtedy, gdy jest chęć i wiedza). Jak to jest możliwe? Droga wiedzie przez konkurencję iGEM (Międzynarodowa maszyna inżynierii genetycznej), założona w 2004 roku. Teraz mogą w nim brać udział maksymalnie sześcioosobowe drużyny składające się z uczniów i studentów studiów licencjackich (dla każdego „starszego” jest też osobna sekcja).

iGEM ​​to prawdziwy biohackaton: wszak duch zawodów jest bardzo zbliżony do ruchu biohackingowego, który przez ostatnie 10 lat zyskiwał na popularności. Wiosną zespoły rejestrują się i zgłaszają pomysł na projekt. Latem muszą nauczyć bakterie (jako najbardziej standardowy i ulubiony przedmiot) czegoś nowego i niezwykłego.

Wymaga to oczywiście obecności laboratorium, umiejętności nietrywialnego myślenia, dobrego przygotowania teoretycznego i prawidłowo ustawionych umiejętności laboratoryjnych.

Ale z odczynnikami i materiałami wyjściowymi wszystko jest o wiele bardziej interesujące: MIT zawiera „rejestr standardowych biologicznych części zamiennych” - bazę danych najprostszych składników, takich jak plazmidy, startery, promotory, terminatory, białka, domeny białkowe i wiele więcej (ryc. 8), które są przechowywane w postaci cząsteczek DNA. Teraz zawiera ponad 20 000 zarejestrowanych części, dzięki czemu można znaleźć niemal wszystko, od klasycznych białek fluorescencyjnych po czujniki metali ciężkich i słynne CRISPR/Cas. Po zatwierdzeniu przez komitet organizacyjny projektu zarejestrowanego zespołu, przesyłane są wszystkie niezbędne elementy z rejestru.

Zwycięzca jest wybierany przez panel 120 uznanych naukowców podczas corocznej jesiennej konferencji w Bostonie.

Opowiem Wam na przykład o jednym z projektów studentów Imperial College London ( Imperial College w Londynie), który w 2016 roku zdobył Nagrodę Główną. Główną ideą jest regulacja proporcji gatunkowych bakterii w kokulturach. W przyszłości może to pozwolić na pełne wykorzystanie potencjału całości ekosystemy syntetyczne. Studenci połączyli system bakteryjny uczucia kworum(za pomocą których bakterie komunikują się i koordynują swoje zachowanie w obrębie gatunku), obwody obliczeniowe RNA porównujące sygnały kworum od różnych gatunków oraz białka hamujące wzrost (ogólny schemat pokazano na ryc. 8). Dzięki temu bakterie zawsze mają świadomość liczebności wszystkich gatunków i dzięki inhibitorom wzrostu są w stanie utrzymać stały ich stosunek. Opracowano od podstaw komparatory RNA, wprowadzono także oprogramowanie do rejestrowania i analizowania danych dotyczących wzrostu w ramach wspólnej hodowli.

Wydarzenie to cieszy się dość dużą popularnością w kręgach uniwersyteckich, liczba uczestników sięga pięciu tysięcy osób, a ostatnio nawet Rosja ponownie pojawiła się na swoim miejscu