Vad är syntetisk genomik? Definition, teknik och tillämpningar
Vad är syntetisk genomik? Definition, teknik och tillämpningar — läs om skräddarsydda genomer, forskning, kommersiella möjligheter och etiska konsekvenser.
Syntetisk genomik är en gren av genteknik där forskare designar, bygger och studerar genetiskt material som inte nödvändigtvis förekommer i naturen. Istället för att bara flytta eller modifiera naturliga gener kan man skapa helt nya sekvenser och konfigurera dem för specifika funktioner.
Vad menas med syntetisk genomik?
Syntetisk genomik innebär att man använder kemisk syntes och molekylära monteringsmetoder för att skapa långa DNA- eller RNA-sekvenser. Dessa kan vara helt konstgjorda eller baserade på naturliga genomer men omarrangerade och optimerade. Målet är ofta att förstå grundläggande biologiska processer, skapa minimalgenomer eller utveckla nya biologiska system med önskade egenskaper.
Tekniker och arbetsflöden
Fältet kombinerar metoder från molekylärbiologi, datorbaserad design och storskalig DNA-syntes. Vanliga steg och tekniker är:
- In silico‑design: datorprogram för att designa genar, reglerande element och hela kromosomer samt för att förutsäga proteinstruktur och funktion.
- Kemisk DNA-syntes: tillverkning av korta oligonukleotider som sedan byggs ihop till längre fragment.
- Fragmentmontering: metoder som Gibson‑sammanfogning, ligation eller rekombination i värdar som jäst för att sätta ihop större DNA‑molekyler.
- Genome transplant: överföring av konstgjorda genomer till värdceller för att testa om de fungerar i levande celler.
- Protein‑ och sekvensoptimering: idéer från proteinveckning och algoritmer för att förbättra uttryck och stabilitet.
Viktiga framsteg och exempel
Forskare har på senare år kunnat tillverka långa DNA‑kedjor billigare och mer exakt, vilket möjliggör experiment med genomer som inte finns i naturen. Ett välkänt team är J. Craig Venter Institute, lett av forskare som Hamilton Smith, Craig Venter och Clyde A. Hutchison III. De har bland annat sammanställt ett halvsyntetiskt bakteriegenom genom rekombination av 25 överlappande fragment, riktat mot Mycoplasma genitalium genom. Detta gjordes i ett enda steg; forskarna noterade att:
"Användningen av rekombination i jäst förenklar avsevärt sammansättningen av stora DNA-molekyler från både syntetiska och naturliga fragment".
Andra stora prestationer är skapandet av syntetiska kromosomer för jäst, där gener i en ursprunglig kromosom ersatts med syntetiska versioner och den konstgjorda kromosomen sedan integrerats i en jästcell.
Tillämpningar
Syntetisk genomik har många potentiella användningsområden:
- Medicinsk forskning och läkemedel: skräddarsydda mikrober som producerar läkemedel, vacciner eller terapeutiska proteiner.
- Biotekniska produkter: enzymproduktion för industriella processer, biokemikalier och material.
- Energiproduktion: mikroorganismer optimerade för produktion av biobränslen och kemikalier.
- Agriculture och miljö: biologiska sensorer, nedbrytning av föroreningar eller bakterier som förbättrar växtnäring.
- Grundforskning: byggande av minimalgenomer för att förstå vilka gener som är nödvändiga för liv, och studier av alternativa genetiska koder och grundläggande biologiska mekanismer.
Affärsintresse
Företag som bland annat Synthetic Genomics har bildats för att kommersialisera teknikerna och dra nytta av möjligheterna till nya produkter och processer.
Etik, säkerhet och risker
Syntetisk genomik ger stora möjligheter men kräver också ansvarstagande. Viktiga frågor är:
- Biosäkerhet: förhindra oavsiktlig spridning eller skapande av skadliga organismer.
- Biosecurity/dual‑use: tekniker kan missbrukas för att skapa patogener eller andra skadliga biologiska medel.
- Etiska och samhälleliga aspekter: hur långt bör människor gå i att skapa nytt liv, äganderätt till syntetiska genomer och påverkan på natur och jordbruk.
- Reglering och öppenhet: behovet av internationella riktlinjer, transparent forskning och samhällsdialog.
Framtid
Forskningen rör sig mot allt mer avancerade möjligheter, till exempel designer med alternativa genetiska koder som inte bara bygger på de naturliga nukleotiderna — ett område som nämns i samband med genetiska koder som kan skilja sig från de som används i dagens livsformer. Detta skulle kunna leda till organismer med helt nya egenskaper eller till biologiska system som är begränsade genom kodens art för att minska risker vid oavsiktlig spridning.
Sammanfattningsvis är syntetisk genomik ett snabbt växande fält som kombinerar tekniska framsteg i DNA‑syntes och montering med beräkningsdesign för att skapa, testa och tillämpa nya genetiska system. Samtidigt innebär detta stora samhälleliga och etiska frågor som kräver internationellt samarbete och noggrann reglering.
Frågor och svar
F: Vad är syntetisk genomik?
S: Syntetisk genomik är en typ av genteknik som skapar gener som inte förekommer i naturen. Den använder inte naturligt förekommande gener utan kan i stället använda skräddarsydda basparserier.
F: Hur fungerar syntetisk genomik?
S: Syntetisk genomik använder tekniker från genetikforskningen för att skapa långa basparkedjor billigt och noggrant i stor skala. Detta gör det möjligt för forskare att experimentera med genomer som inte finns i naturen. Idéer från proteinveckning och avancerade datoranläggningar används också.
Fråga: Vem leder forskningen på detta område?
S: J. Craig Venter-institutets grupp på cirka 20 forskare leds av Nobelpristagaren Hamilton Smith, DNA-forskaren Craig Venter och mikrobiologen Clyde A. Hutchison III.
F: Vad har Venter-gruppen åstadkommit hittills?
S: Venter-gruppen har satt ihop ett halvsyntetiskt bakteriegenom för Mycoplasma genitalium genom rekombination av 25 överlappande fragment i ett enda steg med hjälp av rekombinationsteknik för jäst. Dessutom har genetikerna tillverkat den första syntetiska kromosomen för jäst genom att ersätta generna i den ursprungliga kromosomen med syntetiska versioner och integrera den framgångsrikt i en jästcell.
F: Finns det några kommersiella tillämpningar för specialdesignade genomer?
S: Ja, företag som Synthetic Genomics har bildats för att dra nytta av de många kommersiella användningsområdena för specialdesignade genomer.
F: Vilken typ av experiment kan göras med syntetisk genomik?
S: Experiment kan göras på genomer som inte finns i naturen med hjälp av tekniker för syntetisk genomik, t.ex. genom att skapa långa basparkedjor billigt och exakt i stor skala eller genom att rekombinera 25 överlappande fragment i ett enda steg med hjälp av rekombinationsteknik för jäst.
Sök