Biologia syntetyczna

Biologia syntetyczna to nauka interdyscyplinarna, która polega na wykorzystaniu zasad z dyscyplin takich jak inżynieria, biologia molekularna, biologia komórki i biologia systemów. Polega ona na przemodelowaniu istniejących organizmów z natury lub skonstruowaniu zupełnie nowych organizmów syntetycznych do zastosowań takich jak produkcja białek lub enzymów, bioremediacja, produkcja makrocząsteczek o wartości dodanej i dodawanie pożądanych cech do upraw, by wymienić tylko kilka.

Złoty ryż

Złoty ryż to genetycznie zmodyfikowana roślina ryżu, która wytwarza ziarna bogate w β-karoten – prekursor witaminy A. Rośliny ryżu z natury posiadają zdolność wytwarzania β-karotenu. Produkcja zachodzi jednak tylko w liściach, ponieważ część ścieżki produkcyjnej jest wyłączona w ziarnie. Wprowadzenie trzech genów kodujących enzymy – syntazę fitoenu, desaturazy fitoenu i likopenu β-cyklazę do genomu roślin ryżu wyzwala produkcję β-karotenu w ziarnach ryżu.

Sztuczny genom i organizm

Budowa zupełnie nowych syntetycznych genomów jest stosunkowo bardziej złożona niż przebudowa genomu i na przestrzeni lat podjęto kilka wysiłków, aby stopniowo rozwijać tę metodologię. W 2002 roku zsyntetyzowano pierwszy sztuczny genom wirusa polio. Jednak głównym przełomem była synteza syntetycznego genomu bakteryjnego Mycoplasma genitalium w 2008 roku. M.genitalium został wybrany jako organizm z wyboru do opracowania tej metodologii, ponieważ miał jeden z najmniejszych genomów z około 485 genami zakodowanymi w ~6 000 000 pz DNA. ~100 z tych genów nie było niezbędnych i dlatego zostały wyeliminowane, aby stworzyć minimalny syntetyczny genom.

Korzystając z opracowanej metodologii, naukowcy poszli o krok dalej i stworzyli syntetyczny organizm jednokomórkowy. Sekwencja genomu tego syntetycznego organizmu pochodziła z Mycoplasma mycoides. Chociaż rozmiar genomu M. mycoides jest większy niż M.genitalium, został wybrany do tego eksperymentu ze względu na szybsze tempo wzrostu.

Częściowa synteza genomu drożdży Saccharomyces cerevisiae w roku 2017 jest najnowszym dodatkiem do listy sztucznie zsyntetyzowanych genomów, a naukowcy próbują obecnie zsyntetyzować genomy ludzkiej linii komórkowej oraz genomy innych roślin i zwierząt. Chociaż biologia syntetyczna ma niezliczone zalety, wiąże się z nią kilka obaw etycznych, w tym wykorzystanie do rozwoju broni biologicznej.