Синтетичка биологија

Синтетичка биологија е името за интердисциплинарна област на биологијата и инженерството .

Истражување за синтетичка биологија во Истражувачки центар на НАСА Ајмс.

Ова поле обединува голем број на дисциплини, а некои од нив се: молекуларна биологија, биотехнологија, генетско инженерство, системска биологија, биофизика, електрично инженерство, компјутерско инженерство, контролно инженерство и еволутивна биологија.

Дефиниција

Со оглед на интердисциплинарноста на синтетичката биологија, не постои единствена дефиниција за овој термин. Некои од многубројните дефиниции се:

„ Синтетичката биологија претставува дизајнирање и конструкција на нови биолошки системи, уреди и градежни делови, како и редизајнирање на постојни природни системи за корисни цели “ ^[1]

или

„ Синтетичката биологија претставува инженерство во биологијата: синтеза на комплексни биолошки системи кои вршат функции кои не постојат во природата. Инженерска перспектива може да се примени во која било хиерархиска фаза на биолошки структури - од поединечни молекули до цели клетки, ткива и организми. Накратко, синтетичката биологија има за цел да овозможи дизајнирање на „биолошки системи“ на рационален и систематски начин " ^[2] .

Претходни наоди

Развојот на одредени технологии беше од клучно значење за почеток и пораст на синтетичката биологија ^[3] :

Во 2003 година, Том Најт го создаде концептот BioBrick Архивирано на 12 март 2018 г. - стандардизирани ДНК-низи што се применливи за контрола на синтетички биолошки кола ;

Технологијата на вештачко синтетизирање на гени, популарно наречена „ДНК printing“, овозможи да се создадат ДНК-низи многу брзо и ефикасно во лабораториски услови;^[4]

Развојот на методите за секвенционирање на ДНК овозможи да се дешифрираат геномите на организмите што се појавуваат во природата, а со тоа да се запознаат со низите кои можат да се користат во синтетичката биологија. Од друга страна, секвенционирањето на ДНК овозможува и одредување на низата на вештачки молекули на ДНК, како и дешифрирање на синтетичките системи и организми.^[5]

Примена

Биолошка пресметка

Терминот биокомпјутер се однесува на конструиран биолошки систем способен за вршење на компјутерски операции. Со изградба на различни логички порти во бројни организми, се покажа дека клетките се способни да вршат едноставни логички операции.^[6]

Биосензори

Биозензорите претставуваат организми, најчесто бактерии, конструирани да известуваат за присуство на одредени надворешни фактори, како што се на пример, некои тешки метали.^[7]

Трансформација на клетки

Трансформацијата на клетката претставува можност за трансформација на клетка со вметнување на синтетички ДНК молекули или на целиот геном. По интеграцијата на синтетичката ДНК молекула, клетката се стекнува со нови способности или го менува својот фенотип.^[8]

Синтеза на нови белковини

Една од примените е и синтеза на нови белковини чија функција одговара или ја подобрува функцијата на веќе постоечки белковини. Еден од примерите е синтеза на трохеликсни снопови, кои, како хемоглобинот, врзува кислород, но не и јаглерод диоксид.^[9] Исто така, на овој начин може да се постигне поевтина синтеза на индустриски ензими како и поголем принос. Еден пример во биотехнологијата е метаболичко инженерство и примена на бактериски рекомбинантен ДНК во хиперпродукција на производи кои можат да послужат како лековити средства или ензими .^[10]

Синтетички живот

Многу важна тема во врска со синтетичката биологија е синтетичкиот живот, односно вештачко создавање на живи суштества. „Вештачка клетка“ е целосно синтетичка клетка која би содржела макромолекули и би била во можност да зачува енергија, да одржува јонски градиент, да складира информации и да мутира. Ваква ќелија сè уште не е создадена.^[11] Крег Вентер, со JCVI, успеал да изгради целосно синтетички геном, кој е вметнат во бактериска клетка без геном, по што клетката била во можност да расте и да се размножува.^[12]

Останато

Синтетичките нишки на ДНК можат да послужат за зачувување на дигитални информации ^[13] . Од друга страна, некои фундаментални истражувања се засноваат на проучување на ефектите од зголемувањето на бројот на нуклеотидните видови ^[14] и аминокиселините ^[15] кои влегуваат во составот на клетката. Една од потенцијалните примени на знаење во оваа област може да биде производство на ресурси потребни од астронаутите од супстанции испратени од Земјата. Производството од локалните ресурси може да биде значајно и при колонизирање на Марс.^[16]

Биоетика и безбедност

Синтетичката биологија покренува многу етички и безбедносни проблеми. Сепак, како повеќето од овие проблеми датираат од откривањето на генетската модификација и техниките за рекомбинација на ДНК, повеќето надлежности веќе имаат начин на кој тие го регулираат генетското инженерство .^[17] Некои од етичките проблеми се однесуваат на контрола и пристап до производи од синтетичка биологија, патентирање на живи организми и инженерство на ембриони.^[18]