Unglaubliche Technologie: Wie entwirft man Leben im Labor

Anmerkung der Redaktion: In dieser wöchentlichen, LiveScience erforscht wie Technologie treibt wissenschaftliche Erforschung und Entdeckung.

Es war das Jahr 2003, der Ort MIT. Eine Handvoll Ingenieure, Informatiker und Molekularbiologe einberufen, Absicht auf die Beantwortung einer einfachen Frage: Was passiert, wenn Biologie wurden schneller, billiger und besser vorhersagbar zu konstruieren?

Die Molekularbiologin war Pamela Silver, der Harvard Medical School. Zusammen mit biologischen Ingenieure Drew Endy und Randy Rettberg unterrichtete am MIT Silber Wahlfach, in dem Studenten zelluläre Schaltungen mit genetischen Teile gebaut, so wie man einen Computer-Chip aus Transistoren bauen könnte. Der Ansatz würde bilden die Grundlage für den Bereich bekannt als synthetische Biologie.

"Als die Fähigkeit zu sequenzieren und zu synthetisieren DNA wird immer billiger, Biologie eher wie echte Technik behandelt werden können," sagte Silber LiveScience.

Gehindert werden Bakterien, die Blut zur Schaffung neuer Biokraftstoffe zum Zusammensetzen eines einfachen Organismus nicht in der Natur gefunden ersetzen synthetischen Biologen entwerfen und Erstellen von neuen biologischen Teile, Geräte und Systeme oder Re-design-Systeme in der Natur für nützliche Zwecke.

Mit diesem leistungsstarken Ansatz haben Wissenschaftler begonnen, Mikroben, die Nahrung oder Biokraftstoff zu produzieren, stellen Medikamente und Sinn Giftstoffe in der Umwelt zu gestalten. Die Technik hält große Versprechen oder ethischen Fallstricke, je nachdem wie die Menschheit es gilt. [Biomimetik: 7 clevere Technologien von der Natur inspiriert]

Standardisierte Teile

Das Feld hat seine Wurzeln in Fortschritte in der Molekularbiologie, die Wissenschaftlern erlaubt, DNA, die genetische Unterricht in allen Zellen zu manipulieren. In den letzten 30 Jahren haben Forscher Werkzeuge für schneiden und Einfügen DNA, große Kopien davon anzufertigen und Sequenzierung es letztlich Synthese es von Grund auf neu entwickelt.

Dank weitgehend zu einem Anstieg in der Geschwindigkeit und Senkung der Kosten, DNA-Tech kann jetzt gestalten standardisierte genetische Teile, die innerhalb der einfachen Zellen wie Bakterien oder Hefe kombiniert werden können.

Was begann wie ein Monat lang Wahlpflichtfach am MIT in den jährlichen internationalen genetisch Engineered Machine oder iGEM, Wettbewerb bald wuchs. Diplomstudierende Mannschaften, biologische Systeme zu bauen, dass Funktion in lebenden Zellen mit genetischen Teile bekannt als BioBricks, die wie Legosteine zusammenpassen.

Ein Team von der University of Edinburgh einen bakterielle Sensor entwickelt, der erkennt Arsen und bewirkt eine Änderung in Säure oder pH, in Reaktion auf die Menge des Toxins vorhanden. Studenten an der University of California, Berkeley erstellt "Bactoblood", ein Blutersatz aus E. Coli -Bakterien hergestellt. Und entwickelt ein Team von der University of Cambridge in England, Mikroben, die einen Regenbogen von verschiedenen Farbpigmenten hergestellt, die z. B. genutzt werden können, gesunde Poop zu erkennen.

Stand der Technik

"Ich habe das Gefühl, dass sie es getan haben,", sagte Silber, Bezugnahme auf Venter Versuch, die minimale Organismus zu schaffen. "sie entwickelt neue Technologien wie DNA, zusammenzubauen, die sehr nützlich geworden sind," fügte sie hinzu. [Entschlüsselung des menschlichen Genoms: 6 molekulare Meilensteine]

Eines der Grundprinzipien der synthetischen Biologie ist etwas genannt einen Chassis Organismus – ein bisschen wie ein Steckbrett in der Elektronik. Genom-Forscher Craig Venter, der eines der beiden Teams, die das erste menschliche Genom sequenziert geführt, arbeitet an solch einem "minimal Organismus." Im Jahr 2010 gelang es Venter Team die erste synthetische Zelle, indem eine modifizierte Version des bakteriellen Genoms, Montage in Hefe und Einfügen in ein anderes Bakterium.

Andere Projekte haben mehr direkte Anwendungen. Beispielsweise entwickelt das Multi-Universität Forschungszentrum Synberc eine synthetische Version des Anti-Malaria-Medikament Artemisinin, das ist billiger und effektiver als die aktuelle Version, die aus Pflanzen gewonnen.

Das Feld hat auch computing verändern. Anfang dieses Jahres, entwickelt Endy und seine Kollegen an der Stanford University das biologische Äquivalent eines Transistors. Sie schufen genetische Teile, genannt Transcriptors, die den Fluss der Enzyme, die DNA-Anweisungen kopieren blockieren, und ordnete sie um Berechnungen innerhalb der Zellen.

In der Zukunft, sagte Silber, eine der größten Herausforderungen, die die Welt auf der Suche nach Möglichkeiten zur Steigerung der pflanzlichen Biomasse für Lebensmittel ist. Durch zunehmende Photosynthese und CO2-Fixierung (Umwandlung der Atmosphäre von Kohlendioxid in eine organische Form) synthetischer Biologie eine große Rolle bei der Lösung des Problems spielen wird, sagte sie.

"Wir sind in einer Wirtschaft, die Weg von synthetischen Chemikalien bekommt und in die natürliche Synthese von Chemikalien,": Silber "mit unsere größte natürliche Ressource, die Sonne."

Zweischneidiges Schwert

Doch trotz des Feldes Versprechen stellt entwerfen und basteln mit lebenden Organismen ethische Fragen.

Es ist die Sicherheit der Forscher, die mit synthetischen Organismen zu prüfen sowie die Auswirkungen auf die Umwelt im Allgemeinen haben diese Organismen können arbeiten. Beispielsweise könnte ein synthetische Organismus unbeabsichtigt einen Forscher zu infizieren und krank, machen, wie viele vorhandene Mikroben. Das Konzept, dass ein genetischer "kill Switch" als eine Möglichkeit, synthetische Organismen zu steuern, schief gehen, die außerhalb des Labors, aber das würde nicht aufhören, vorsätzlichen Missbrauch der Technologie, vorgeschlagen wurde.

Viele Menschen aus Bioethiker, Philosophen, die Wissenschaftler selbst, sind diese Fragen erkunden. Silber ermutigt Menschen, halten einen offenen Geist über den möglichen Gebrauch und Missbrauch dieser Wissenschaft.

"Was ist gefährlich," Silber "sei wenn Leute versuchen, nur eine Sicht zu präsentieren."

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