Syntetiske Liv Kan Afsløre Oprindelser Af Det Naturlige Liv

{h1}

Det første syntetiske genom blev skabt, hvilket kunne lade forskere afdække livets meget oprindelse på jorden.

Efter at han meddelte oprettelsen af ​​den første organisme med et fuldt syntetisk genom sidste torsdag, fortsatte Craig Venter, grundlæggeren af ​​det genomforskningsinstitut, der bærer hans navn, at tale om, hvordan dette gennembrud vil gavne brancher som medicin, energi og materialer.

I sin forklaring på metoderne til fremstilling af den syntetiske bakterie fremhævede Venter en vigtig anvendelse for syntetiske organismer: forskning. Ligesom levende testrør kan bakterier skabt af forskere tjene som kontrollerede platforme til forsøg ved at reducere kompleksiteten, der dækker virkningerne af mange biologiske systemer.

Dette arbejde kan føre til svimlende resultater på to hovedmåder. For det første kan celler med syntetiske genomer tillade videnskabsmænd i det væsentlige at skille ud af kompleksiteten af ​​levende celler, der kun forlader de enklere dele. Dette ville give forskere en bedre måde at eliminere de meget komplicerede interaktioner, der forekommer i naturlige celler, og kunne hjælpe med at løse hemmelighederne af fortryllende sygdomme som kræft.

For det andet, mens celler med syntetiske genomer ikke kunne bruges til at genskabe uddøde væsner, kunne de bruges til at skabe organismer, der har generne af uddøde organismer, muligvis endog de af Jordens tidligste livsformer. Dette kunne føre til en bedre forståelse for selve livets natur og hvordan livet begyndte, siger forskere.

"Folk er virkelig temmelig meget fast over, hvad der faktisk skete på vores planet for at skabe nye livsformer," sagde David Fitch, lektor i biologi ved New York University. "Der har været mange eksperimenter, der foreslår forskellige måder, hvorpå nye levende systemer kunne være opstået, og måske kan nogle af disse problemer løses ved at syntetisere nye genomer med meget enkle former for vejstrukturer."

Designe mere elegante eksperimenter

I naturlige celler finder en lang række kemiske reaktioner sted konstant. Mange af disse reaktioner sker i serie, og forskere henviser til disse som kemiske veje. Men stierne skærer hinanden, hvilket gør hver enkelt svær at studere.

I en celle med et syntetisk genom kunne forskere eliminere nogle af disse kryds. For eksempel studerer forskere hvordan interaktioner mellem to veje forårsager en sygdom kunne designe en bakterie, der kun genererer disse veje, siger T. Martin Embley, professor i evolutionær molekylærbiologi ved Newcastle University i England. Ved at bruge en forenklet syntetisk organisme i stedet for en langt mere kompleks naturlig bakterie kunne forskere designe mere elegante eksperimenter med klarere resultater, forklarede Embley WordsSideKick.com.

"Det kan være nyttigt som et forskningsværktøj, fordi du kan rekonstruere hele veje og interaktionen mellem veje. Du ved præcis, hvad der går i cellen, fordi du gjorde det," sagde Embley.

Nogle veje bestemmer, hvordan cellerne i multicellulære organismer naturligt udvikler sig fra uspecificerede celler til dem med specifikke funktioner. Celler med syntetiske genomer kunne også kaste lys over disse processer, sagde Fitch. Når multicellulære organismer modnes, bølger af signalmolekyler ebber frem og tilbage på tværs af det udviklende embryo, og interaktionen mellem disse signaler fortæller celler, om de bliver hår, nerver, skaller, flippers eller vinger.

En bakterie med et syntetisk genom kunne konstrueres til kun at producere et enkelt signal, så forskere forstår, hvordan denne mekanisme for differentiering først udviklede sig, sagde Fitch i et telefoninterview.

Ånde liv i fossiler

Alternativt kan forskere i stedet for at skabe celler, der aldrig før blev set, skabe organismer, der udlod for millioner af år siden ved matematisk at udlede udstødte skabers genom af genomerne af sine levende efterkommere, siger Martin Kreitman, professor i molekylærbiologi ved universitetet af chicago Ved at animere en uddøpt væsen gennem syntetisk biologi ville det være muligt for forskere at måle celleegenskaber, der ikke umiddelbart fremgår af selve genomet, såsom væksthastigheder og temperaturbestandighed.

Forskere har allerede lavet lignende eksperimenter på en lille skala, sagde Embley. I de ældre eksperimenter replikerede forskere en ældre form for et enzym for at teste om det udførte den samme funktion tidligere i dens udvikling, sagde Embley. Men med de metoder, som Venter annoncerede, kunne forskere gå ud over blot et enzym.

"En af måderne [syntetisk biologi] kan være interessant er evnen til at rekonstruere evolutionære mellemprodukter," siger Kreitman. "Du bringer i virkeligheden en fossil tilbage til livet."

Forskere kunne rekonstruere genomet af uddøde væsner ved at se på levende DNA-stamceller, og derefter samle det uddøde væsens genom og indsætte det i en "tømt" celle ved hjælp af samme teknik som Venter Institute-holdet. Disse syntetiske organismer kunne give videnskabsmænd værdifulde data om det miljø, de levede i, fortalte Kreitman WordsSideKick.com. For eksempel kunne probing temperaturen og pH-tolerancen for en uddød bakterie lære forskere om kemi af et gammelt hav, sagde Kreitman.

"Folk har taget bestemte enzymer involveret i maven, skabt et forfædret enzym, og så ud til at se om det stadig fungerede," sagde Embley. "[Syntetisk biologi] giver dig mulighed for at gøre dette i større målestok, med mange gener. Ved hjælp af parsimony-argument kan du rekonstruere genomerne af fælles forfædre."

Første liv på jorden

Går endnu længere ind i fortiden, kunne forskere skabe en bakterie med det mindste antal gener, der skulle leves, sagde Embley. Denne forældede bakterie ville effektivt simulere den første celle på jorden, så forskere kunne teste hypoteser om, hvordan inerte kemikalier gjorde hoppet til det selvbærende liv, sagde Fitch.

Venter tog fat på dette spørgsmål på torsdag, idet han bemærkede, at han og forskerne ved hans institut selv havde diskuteret, hvordan denne teknologi ville give forskere mulighed for at teste det mindste niveau af biologisk materiale, der var nødvendigt for at gnist liv.

"Jeg synes, det vil være interessant, da folkene arbejder på livets oprindelse, folk forsøger at forstå disse minimale, tidlige mulige forløberer til livet, da disse programmer fortsætter i en retning, og vi fortsætter fra den anden og bygger på udviklingen af et informationssystem, kan vi måske møde et sted i midten og få nogle spændende nye værktøjer, "sagde Venter.

Ved at forstå, hvordan livet på Jorden udviklede sig fra ikke-levende materiel, kunne syntetisk biologi også bygge bro over kløften mellem in vitro og in vivo eksperimenter, sagde Fitch.

I biologi er in vitro-eksperimenter dem, der udføres i et reagensglas, mens in vivo forsøg udføres i levende organismer. Reaktioner, der virker godt under in vitro-eksperimenter, udvikler sig ofte forskelligt under in vivo-forsøg, takket være indflydelsen fra andre kemikalier i en organisme. Dette kan frustrere processen med videnskabelig opdagelse. For eksempel kan et lægemiddel, der behandler syge celler i et reagensglas, ikke arbejde for at helbrede en person, der har den sygdom.

Men med syntetiske bakterier, der fungerer som levende testrør, der er designet specifikt til et forsøg, kunne forskere udrydde en del af denne uoverensstemmelse, sagde Fitch, og indledte en æra, hvor design af et eksperiment bliver synonymt med at skabe en ny art.

"In vitro-systemer, der giver dig mulighed for at teste hypoteser, kan være meget komplekse nu. På et tidspunkt bliver kompleksiteten liv," sagde Fitch.

  • Top 10 Uforklarede Fænomener
  • Første levende organisme med syntetisk genom skabt
  • Top 10 Greatest Mysteries in Science


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com