Synthetisch Leven Kan De Oorsprong Van Het Natuurlijke Leven Onthullen

{h1}

Het eerste synthetische genoom werd gecreëerd, waarmee wetenschappers de oorsprong van het leven op aarde konden achterhalen.

Nadat hij vorige week de oprichting van het eerste organisme met een volledig synthetisch genoom had aangekondigd, vertelde Craig Venter, oprichter van het genomics-onderzoeksinstituut dat zijn naam draagt, verder over hoe deze doorbraak ten goede komt aan industrieën zoals farmaceutische producten, energie en materialen.

In zijn toelichting op de methoden die werden gebruikt om de synthetische bacterie te maken, benadrukte Venter een belangrijk gebruik voor synthetische organismen: onderzoek. Net als levende reageerbuisjes zouden bacteriën die door wetenschappers zijn gemaakt kunnen dienen als gecontroleerde platforms voor experimenten door de complexiteit te verminderen die de werking van veel biologische systemen verdoezelt.

Dit werk kan op twee belangrijke manieren tot verbluffende resultaten leiden. Ten eerste kunnen cellen met synthetische genomen wetenschappers toestaan ​​om in wezen de complexiteit van levende cellen uit te schakelen en alleen de eenvoudigere delen achter te laten. Dit zou onderzoekers een betere manier bieden om de enorm gecompliceerde interacties die in natuurlijke cellen voorkomen te ontwarren en zou kunnen helpen om de geheimen van verbijsterende ziektes zoals kanker te ontrafelen.

Ten tweede, terwijl cellen met synthetische genomen niet kunnen worden gebruikt om uitgestorven wezens opnieuw te creëren, kunnen ze worden gebruikt om organismen te maken die de genen van uitgestorven organismen hebben, mogelijk zelfs die van de vroegste levensvormen van de aarde. Dit zou kunnen leiden tot een beter begrip van de aard van het leven en hoe het leven begon, zeggen wetenschappers.

"Mensen zitten echt vast in wat er feitelijk op onze planeet is gebeurd om nieuwe levensvormen te vormen," zei David Fitch, universitair hoofddocent biologie aan de New York University. "Er zijn veel experimenten geweest die verschillende manieren voorstellen waarop nieuwe levende systemen kunnen zijn ontstaan, en misschien kunnen sommige van deze problemen worden aangepakt door nieuwe genomen te synthetiseren met zeer eenvoudige soorten pathwaystructuren."

Meer elegante experimenten ontwerpen

In natuurlijke cellen vindt voortdurend een groot aantal chemische reacties plaats. Veel van deze reacties gebeuren in series, en wetenschappers noemen deze chemische routes. Maar de wegen kruisen elkaar, waardoor ze moeilijk te bestuderen zijn.

In een cel met een synthetisch genoom konden wetenschappers sommige van deze kruispunten verwijderen. Bijvoorbeeld, wetenschappers die bestuderen hoe de interacties tussen twee pathways een ziekte veroorzaken, zouden een bacterie kunnen ontwerpen die alleen die pathways genereert, zei T. Martin Embley, een professor in evolutionaire moleculaire biologie aan de Newcastle University in Engeland. Door een vereenvoudigd synthetisch organisme te gebruiken in plaats van een veel complexere natuurlijke bacterie, konden onderzoekers elegantere experimenten ontwerpen met duidelijkere resultaten, vertelde Embley WordsSideKick.com.

"Het kan nuttig zijn als onderzoeksinstrument, omdat je hele paden en de interactie tussen paden kunt reconstrueren, je weet precies wat er in de cel gaat, omdat je het hebt gemaakt," zei Embley.

Sommige paden bepalen hoe de cellen in multicellulaire organismen zich van nature ontwikkelen van niet-gespecificeerde cellen tot cellen met specifieke functies. Cellen met synthetische genomen kunnen ook licht werpen op die processen, zei Fitch. Wanneer multicellulaire organismen volwassen worden, ebben golven van signaalmoleculen heen en weer over het zich ontwikkelende embryo en de interactie van die signalen vertelt cellen of ze haren, zenuwen, schelpen, vinnen of vleugels worden.

Een bacterie met een synthetisch genoom zou kunnen worden ontworpen om slechts één enkel signaal te produceren, waardoor wetenschappers konden begrijpen hoe dit mechanisme voor differentiatie zich voor het eerst ontwikkelde, zei Fitch in een telefonisch interview.

Het leven in fossielen ademen

Als alternatief, in plaats van nooit eerder vertoonde cellen te creëren, zouden wetenschappers organismen kunnen creëren die miljoenen jaren geleden uitgestorven waren door het wiskundig afleiden van het genoom van het uitgestorven schepsel uit het genoom van zijn levende afstammelingen, zei Martin Kreitman, professor in de moleculaire biologie aan de universiteit van Chicago. Het animeren van een uitgestorven schepsel door middel van synthetische biologie zou wetenschappers in staat stellen om celeigenschappen te meten die niet onmiddellijk zichtbaar zijn uit het genoom zelf, zoals groeisnelheden en temperatuurbestendigheid.

Onderzoekers hebben al soortgelijke experimenten op kleine schaal gedaan, zei Embley. In die oudere experimenten repliceerden wetenschappers een oudere vorm van een enzym om te testen of het al eerder dezelfde functie vervulde in zijn evolutie, zei Embley. Maar met de methoden die Venter heeft aangekondigd, kunnen onderzoekers verder gaan dan alleen een enzym.

"Een van de manieren waarop [synthetische biologie] interessant kan zijn, is het vermogen om evolutionaire tussenproducten te reconstrueren," zei Kreitman. "Je brengt in essentie een fossiel terug tot leven."

Wetenschappers konden het genoom van uitgestorven wezens reconstrueren door naar het DNA van levende afstammelingen te kijken en vervolgens het genoom van het uitgestorven schepsel samen te stellen en het in een "lege" cel te plaatsen met behulp van dezelfde techniek als het team van het Venter-instituut. Deze synthetische organismen zouden wetenschappers waardevolle gegevens kunnen verschaffen over de omgeving waarin ze leefden, vertelde Kreitman aan WordsSideKick.com. Bijvoorbeeld, het onderzoeken van de temperatuur en pH-tolerantie van een uitgestorven bacterie zou wetenschappers kunnen onderwijzen over de chemie van een oude oceaan, zei Kreitman.

"Mensen hebben bepaalde enzymen in de maag betrokken, een voorouderlijk enzym aangemaakt en gekeken of het nog werkte," zei Embley. "[Synthetische biologie] stelt je in staat om dit op grotere schaal te doen, met veel genen. Met behulp van parsimony argument, kun je het genoom van gemeenschappelijke voorouders reconstrueren."

Het eerste leven op aarde

Nog verder in het verleden konden wetenschappers een bacterie creëren met het minimale aantal genen dat nodig is om te leven, zei Embley. Deze afgezwakte bacterie zou in feite de eerste cel op aarde simuleren, waardoor wetenschappers hypothesen konden testen over hoe inerte chemicaliën de sprong naar zelfbestendig leven maakten, zei Fitch.

Venter behandelde dit onderwerp op donderdag en merkte op dat hij en onderzoekers van zijn instituut zelf hadden gedebatteerd over hoe deze technologie wetenschappers in staat zou stellen het minimale niveau van biologisch materiaal te testen dat nodig is om leven te blazen.

"Ik denk dat het interessant zal zijn als de mensen die werken aan de oorsprong van het leven, mensen die proberen deze minimale vroege mogelijke voorlopers van het leven te begrijpen als die programma's in één richting gaan en we van de ander uitgaan, bovenop de evolutie van een informatiesysteem, we kunnen elkaar ergens in het midden ontmoeten en hebben een aantal spannende nieuwe hulpmiddelen ", zei Venter.

Door te begrijpen hoe het leven op aarde is geëvolueerd uit niet-levende materie, zou synthetische biologie ook de kloof tussen in vitro en in vivo experimenten kunnen overbruggen, aldus Fitch.

In de biologie zijn in vitro experimenten die in een reageerbuis, terwijl in vivo experimenten in levende organismen worden gedaan. Vaak verlopen reacties die goed werken tijdens in vitro experimenten, anders tijdens in vivo experimenten, dankzij de invloed van andere chemicaliën in een organisme. Dit kan het proces van wetenschappelijke ontdekking frustreren. Bijvoorbeeld, een medicijn dat zieke cellen in een reageerbuis behandelt, werkt mogelijk niet echt om een ​​persoon te genezen die die ziekte heeft.

Maar met synthetische bacteriën die fungeren als levende reageerbuisjes die speciaal zijn ontworpen voor een experiment, konden wetenschappers een deel van die discrepantie gladstrijken, zei Fitch, het begin van een tijdperk waarin het ontwerpen van een experiment synoniem wordt met het creëren van een nieuwe soort.

"In vitro-systemen waarmee je hypotheses kunt testen, kunnen nu heel complex zijn." Op een gegeven moment wordt de complexiteit het leven, "zei Fitch.

  • Top 10 onverklaarde verschijnselen
  • First Live Organism with Synthetic Genome Created
  • Top 10 grootste mysteries in de wetenschap

Video Supplement: How Big Oil Conquered the World.


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com