Synthetisches Leben kann Ursprung des natürlichen Lebens offenbaren.

Nachdem er die Schaffung des ersten Organismus mit einem vollsynthetischen Genom am vergangenen Donnerstag angekündigt, weiter Craig Venter, Gründer des Genomics Research Institute, das seinen Namen trägt, um zu reden, wie dieser Durchbruch Branchen wie Pharma, Energie und Materialien profitieren.

In seiner Erklärung der Methoden zur Erstellung der synthetischen Bakterium, Venter markiert eine wichtige Verwendung für die synthetische Organismen: Forschung. Wie lebende Reagenzgläser könnten Bakterien, die von Wissenschaftlern erstellt dienen als kontrollierte Plattformen für Experimente durch Reduzierung der Komplexität, die die Funktionsweise vieler biologischer Systeme verdeckt.

Diese Arbeit könnte zu erstaunlichen Erkenntnissen in zwei wesentlichen Punkten. Erstens könnten Zellen mit synthetischen Genomen Wissenschaftlern im Wesentlichen, die Komplexität von lebenden Zellen, wobei nur die einfachere Teile snip erlauben. Dies würde Forscher eine bessere Möglichkeit, die enorm komplizierten Wechselwirkungen zu entwirren, die in natürlichen Zellen auftreten, und könnte dazu beitragen, die Geheimnisse des rätselhaften Krankheiten wie Krebs zu entwirren.

Zweitens während Zellen mit synthetischen Genomen konnte nicht verwendet werden, um ausgestorbene Kreaturen neu zu erstellen, könnte sie zur Erstellung von Organismen, die die Gene der ausgestorbenen Organismen haben, wenn nicht sogar die frühesten Lebensformen der Erde. Dies könnte zu einem besseren Verständnis der Natur des Lebens und wie das Leben begann, sagen Wissenschaftler.

"Menschen sind wirklich ziemlich stecken, was tatsächlich passiert ist auf unserem Planeten, neue Lebensformen zu machen", sagte David Fitch, Associate Professor für Biologie an der New York University. "Gab es viele Experimente, die verschiedene Möglichkeiten neue lebender Systeme vorschlagen entstanden sein könnten, und vielleicht könnte einige dieser Probleme durch Synthese neuer Genome mit sehr einfachen Weg Strukturen angesprochen werden."

Eleganter Versuchsplanung

In natürlichen Zellen finden ständig eine Vielzahl von chemischen Reaktionen erfolgt. Viele dieser Reaktionen geschehen in Serie, und Wissenschaftler bezeichnen diese als chemische Wege. Aber die Wege schneiden mit einander, so dass jeweils schwer zu studieren.

In einer Zelle mit einem synthetischen Genom konnten Wissenschaftler einige der diese Schnittpunkte beseitigen. Zum Beispiel sagte Wissenschaftler untersuchen, wie die Interaktionen zwischen zwei Wege eine Krankheit dazu führen, dass ein Bakterium konstruieren konnten, die nur diese Wege erzeugt T. Martin Embley, Professor für molekulare Biologie an der Universität von Newcastle in England. Einen vereinfachte synthetischen Organismus anstelle einer weitaus komplexer natürliche Bakterium verwendend, könnten Forscher eleganter Experimente mit klarer Ergebnisse entwerfen Embley sagte LiveScience.

"Es kann als Recherche-Tool nützlich, weil Sie ganze Wege und die Interaktion zwischen den Bahnen zu rekonstruieren. Man weiß genau was in die Zelle, weil Sie es geschafft", sagte Embley.

Einige Wege bestimmen, wie die Zellen in mehrzelligen Organismen in solche mit bestimmten Funktionen natürlich aus unbestimmten Zellen entwickeln. Zellen mit synthetischen Genom dieser Prozesse zu beleuchten könnte, sagte Fitch. Bei mehrzelligen Organismen ältere, erzählen Wellen der Signalisierung Moleküle Ebbe hin und her in sich entwickelnden Embryo und das Zusammenspiel von diesen Signalen Zellen ob, Haare, Nerven, Muscheln, Flossen oder Flügel zu werden.

Ein Bakterium mit einem synthetischen Genom entwickelt wurde, um zu produzieren nur ein einzelnes Signal, mit dem Wissenschaftler zu verstehen, wie dieser Mechanismus zur Differenzierung zuerst entwickelt, sagte Fitch in einem Telefoninterview.

Fossilien einhauchen Leben

Alternativ anstatt nie zuvor gesehene Zellen Wissenschaftler Organismen schaffen könnte, die ausgestorbene vor Millionen von Jahren ging das Genom der ausgestorbenen Kreatur mathematisch ableiten der Genome von seinen lebenden Nachkommen, sagte Martin Kreitman, Professor für Molekularbiologie an der University of Chicago. Animieren einer ausgestorbenen Kreatur durch synthetische Biologie könnten Wissenschaftler Zelleneigenschaften nicht sofort ersichtlich aus dem Genom selbst, wie Wachstumsraten und Temperaturbeständigkeit zu messen.

Forscher ähnliche Experimente im kleinen Maßstab bereits getan haben, sagte Embley. In diesen älteren Experimenten repliziert die Wissenschaftler eine ältere Form des Enzyms zu testen, ob es die gleiche Funktion früher in seiner Evolution durchgeführt Embley sagte. Aber mit den Methoden von Venter angekündigt, konnten Forscher ein Enzym, das nur hinausgehen.

"Eines der Mittel [synthetische Biologie] interessant sein könnte ist die Fähigkeit, evolutionäre Zwischenprodukte zu rekonstruieren" Kreitman sagte. "Du bist ein Fossil im wesentlichen wieder zum Leben bringen." "

Wissenschaftler konnte das Genom des ausgestorbenen Kreaturen rekonstruieren, indem man die DNA von lebenden Nachfahren, Montage der ausgestorbenen Kreatur Genom und Einfügen in eine "leere" Zelle mit der gleichen Technik wie das Venter Institute-Team. Diese synthetischen Organismen Wissenschaftler mit wertvollen Daten über die Umwelt liefern könnten, in dem sie wohnte, erzählte Kreitman LiveScience. Zum Beispiel, sagte sondieren die Temperatur und pH-Wert Toleranz von einer ausgestorbenen Bakterium Wissenschaftler über die Chemie von einem alten Ozean beibringen konnte, Kreitman.

"Menschen haben bestimmte Enzyme im Magen genommen, erstellt ein ancestral Enzym, und sah zu sehen, ob es noch funktioniert", sagte Embley. "[Synthetischer Biologie] ermöglicht Ihnen, dies in einem größeren Maßstab mit vielen Genen zu tun. Parsimony Argument verwenden, können Sie das Erbgut von gemeinsamen Vorfahren rekonstruieren."

Erstes Leben auf der Erde

Sogar noch weiter in die Vergangenheit gehen, konnten Wissenschaftler schaffen ein Bakterium mit der minimalen Anzahl von Genen benötigt, um zu leben, Embley sagte. Dieses abgespeckte Bakterium effektiv die erste Zelle auf der Erde, so dass Wissenschaftler Testen von Hypothesen über wie inerte Chemikalien machte den Sprung zum Selbstläufer Leben simulieren würde, sagte Fitch.

Venter behandelt dieses Thema am Donnerstag, feststellend, dass er und Forscher an seinem Institut hatte sich diskutiert, wie diese Technologie Wissenschaftler testen das Mindestmaß an biologischen Material benötigt, um Leben zu wecken erlauben würde.

"Ich denke, es ist interessant, wie die Menschen, die Arbeiten am Ursprung des Lebens, Menschen, die versuchen, diese minimale frühen möglichen Vorstufen zum Leben zu verstehen, wie diese Programme in eine Richtung gehen und gehen wir von der anderen, aufbauend auf der Entwicklung eines Informationssystems, wir können möglicherweise irgendwo in der Mitte treffen und habe einige spannende neue Werkzeuge "Sagte Venter.

Durch das Verständnis, wie Leben auf der Erde aus unbelebter Materie entstanden, kann synthetischer Biologie auch in vitro und in vivo Experimente, Brücke zwischen Fitch sagte.

In der Biologie sind in-vitro-Experimente in einem Reagenzglas durchgeführt, während in vivo Experimente in lebenden Organismen gemacht werden. Oft, Reaktionen, die auch bei in-vitro-Experimente Fortschritt anders während der in-vivo Experimente, durch den Einfluss anderer Chemikalien im Organismus zu arbeiten. Dies kann den Prozess der wissenschaftlichen Entdeckung vereiteln. Zum Beispiel könnte eine Droge, die kranke Zellen im Reagenzglas behandelt nicht wirklich arbeiten, um eine Person zu heilen, die diese Krankheit hat.

Aber mit synthetischen Bakterien als lebende Reagenzgläser, die speziell für ein Experiment entwickelt, Wissenschaftler könnte Eisen, einige der diese Diskrepanz Fitch sagte, eine Ära wo entwerfen ein Experiment gleichbedeutend mit der Schaffung einer neuen Spezies wird.

"In-vitro-Systeme, mit denen Sie zum Testen von Hypothesen können jetzt sehr komplex sein. An einem gewissen Punkt die Komplexität wird das Leben,"sagte Fitch.

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