Арван мянган жилийн турш хүмүүс хоол хүнс олж авахын тулд ургамлыг ургуулж, өөрчилсөн. Энэ бүхэн энгийнээр эхэлсэн - хамгийн хурдан ургадаг, өндөр ургацтай, хамгийн их хэмжээний шим тэжээл агуулсан үрийг хадгалах, сонгох гэх мэт. Уламжлалт үржүүлгийн энэ хэлбэр нь эцэстээ эрлийз үр тариаг хөгжүүлэхэд хүргэсэн бөгөөд энэ нь ижил төрлийн генетикийн хувьд өөр өөр хоёр шугамыг гаталж, ихэвчлэн ижил зүйлээс бий болсон. Ургамлын эдгээр өөрчлөлтүүд байсан генээр хязгаарлагддагургамалд аль хэдийн байдаг.

Энэ бүхэн 1970-1980-аад онд генийн инженерчлэл бий болсноор эрс өөрчлөгдсөн. генийг төрөл зүйлийн хооронд, тэр ч байтугай өөр өөр хаант улсын төрөл зүйлийн хооронд шилжүүлэх боломжтой болсон бөгөөд бие даасан генийг бактерийн тусламжтайгаар ургамалд оруулах үед амьдралын патент анх удаа гарч ирэв. Түүнээс хойш генийн инженерчлэгдсэн организмуудыг ихэвчлэн генетикийн хувьд өөрчлөгдсөн организм гэж нэрлэдэг (), АНУ-ын аж үйлдвэрийн хөдөө аж ахуйн түгээмэл шинж чанар болсон бөгөөд тус улсад тариалсан эрдэнэ шишийн 88%, шар буурцагны 94%, рапсын 90%, хөвөнгийн 90%, чихрийн нишингэний 95% -ийг бүрдүүлдэг. Эдгээр үр тариаг химийн компаниуд боловсруулж, патентжуулсан МонсантоТэгээд Байер, тэдний үр тариа нь өндөр тунгаар гербицидийг тэсвэрлэх чадвартай эсвэл өөрсдийн шавьж устгах бодисыг бий болгодог.

Синтетик биологи - туйлын генийн инженерчлэл
21-р зууны хоёр дахь арван жилд бид синтетик биологи гэж нэрлэгддэг хурдацтай хөгжиж буй салбарын ачаар илүү эрс өөрчлөлтүүдийг харах болно. Синтетик биологиЭнэ нь "уламжлалт" генийн инженерчлэлээр дамжуулан хүрч болох хил хязгаараас давсан шинэ биотехнологийн симбиозыг тодорхойлоход хэрэглэгддэг өргөн нэр томъёо юм. Синтетик биологи нь өөр өөр организмуудын хооронд нэг юмуу хоёр генийг шилжүүлэхийн оронд удамшлын кодыг компьютер дээр дахин бичиж, нэг дор хэдэн зуу, мянган ДНХ-ийн дараалалтай ажиллах, тэр ч байтугай биологийн системийг бүхэлд нь дахин зохион бүтээх оролдлого хийх боломжийг олгодог. Синтетик биологийн аргууд, шинэ болон синтетик генетикийн дарааллын хамрах хүрээ, хэрэглээ генийн инженерчлэлийн маш эрс тэс хэлбэр болгож байна.

Синтетик биологи бол шинээр гарч ирж буй боловч хурдацтай хөгжиж буй салбар бөгөөд жилийн борлуулалт нь өнөөдөр 1,6 тэрбум доллараас давж байгаа бөгөөд 2016 он гэхэд 10,8 тэрбум долларт хүрэх төлөвтэй байна. Эрчим хүч, хими, ойн аж ахуй, эм зүй, хүнс, хөдөө аж ахуйн аж үйлдвэрийн томоохон корпорациуд синтетик бүтээгдэхүүнд хөрөнгө оруулалт хийж байна. биологи, хамтарсан үйлдвэр байгуулах, эдгээр бүтээгдэхүүний зарим нь гоо сайхан, хүнс, эмнэлгийн салбарт аль хэдийн хүрсэн бол бусад нь дараалалд байна. Тэд хувиргасан амьд организмын дараагийн давалгааг бий болгохын тулд хөдөө аж ахуйд ихэнх анхаарлаа хандуулдаг синтетик өөрчлөгдсөн организм (SMO).

Синтетик байдлаар өөрчлөгдсөн организмууд
Биотехнологи, химийн аварга компани Монсанто саяхан тус компанитай хамтарсан компани байгуулахаа зарлав Сапфир энерги, синтетик биологийн замаг үйлдвэрлэдэг компани. Жилд ганц хоёр удаа ургадаг уламжлалт хөдөө аж ахуйн ургацтай харьцуулахад ихэнх төрлийн замаг өдөр бүр үйлдвэрлэх боломжтой тул Монсанто замаг сонирхож байна. Монсанто замагны шинж чанарыг ялгаж салгаж, ургамлаар хийж чадахаас хамаагүй хурдан хурдтай, дараа нь тэдгээрийг үр тарианд оруулах гэж найдаж байна. Ийм технологи нь манай талбайн генетикийн хувьд өөрчлөгдсөн үр тарианы боломжит (болон илүү эрс тэс) тоог нэмэгдүүлэх боломжийг олгоно.

Крейг Вентер, нэлээд энгийн ямааны эмгэг төрүүлэгчийн геномоос анхны синтетик (2010 онд) үүсгэсэн тэргүүлэгч синтетик биологичдын нэг шинэ компани байгуулжээ. Аградис, синтетик биологийг хөдөө аж ахуйд хэрэглэхэд анхаарах. Аградисын үйл ажиллагаа нь "өндөр" ургацыг бий болгох, газар тариалангийн өсөлт, ургамал хамгааллын сайжруулсан аргуудыг бий болгоход чиглэгддэг. Компани бий болгохоор төлөвлөж байна өндөр ургацтай кастор шош, амтат сорготодорхойгүй "геномын технологи" -оор био түлш үйлдвэрлэх.

Синтетик биологи ашиглан ургамлын фотосинтезийг "сайжруулах" төлөвлөгөө хүртэл бий. Сэргээгдэх эрчим хүчний үндэсний лабораторийн судлаачид ( Англи Сэргээгдэх эрчим хүчний үндэсний лабораториКолорадо мужид орчин үеийн синтетик биологи, генетикийн заль мэхийг ашиглан ургамлын бүтцийг өөрчлөх замаар фотосинтезийн үр ашгийг дээшлүүлэх боломжтой гэж үздэг. Синтетик биологийг ашиглан эдгээр инженерүүд амин хүчлүүдийн гинжин хэлхээнээс эхлээд ургамалыг эхнээс нь барьж байгуулж, ургамлын чадавхийг өргөжүүлнэ гэж найдаж байгаа бөгөөд энэ нь ургамал одоо байгаа фотосинтезээс илүү өргөн хүрээний гэрлийг энерги болгон хувиргах чадвартай болно гэсэн үг юм.

Хөдөө аж ахуйд синтетик биологийн бусад хэрэглээнд хүнсний амтлагч, амтлагч, кокосын тос, тэжээлийн нэмэлт, тэр ч байтугай синтетик гентэй генийн өөрчлөлттэй амьтад орно. Хүнсний амтлагч нь аюулгүй мэт санагдаж болох ч үнэндээ тариачдын эдийн засгийн эрсдэл болох шинэ эрсдэлийг бий болгодог. Энэхүү байгалийн зах зээл нь жил бүр 65 тэрбум доллараар үнэлэгддэг бөгөөд одоогоор жижиг тариаланчдыг, ялангуяа өмнөд хагас бөмбөрцгийн тариаланчдыг тэжээж байна. Эдгээр бүтээгдэхүүний байгалийн гаралтай үйлдвэрлэлийг АНУ болон Европын биотехнологийн нийлэг биологиор орлуулах нь нийгэм-эдийн засгийн ноцтой үр дагаварт хүргэж, жижиг фермерүүдийн ядууралд хүргэх болно.

Синтетик биологийн аюул
Эдгээр бүтээн байгуулалтын зарим нь ирээдүйтэй мэт сонсогдож байгаа ч синтетик биологи нь харанхуй талтай байдаг. Хэрэв CMOs нь зориудаар (жишээлбэл, тариалангийн хэлбэрээр) эсвэл санамсаргүйгээр (лабораториас) байгаль орчинд цацагдвал экосистемд ноцтой бөгөөд эргэлт буцалтгүй нөлөөлөл үүсгэж болно. Синтетик организмууд экологийн орон зайг олж, зэрлэг популяцийг нүүлгэн шилжүүлж, бүхэл бүтэн экосистемийг сүйтгэж, бидний дараагийн түрэмгий организм болж чадна. CMO нь хувиргасан амьд организмд ихэвчлэн тохиолддог шиг генетикийн бохирдолд хүргэдэг бөгөөд үүнийг бий болгоно синтетик генетикийн бохирдолцэвэрлэх, устгах боломжгүй . Байгальд анх бий болсон генийн оронд компьютер дээр нийлэгжүүлсэн генийг ашиглах нь хүний ​​аюулгүй байдлын асуудал, CMO нь хүнсний харшил үүсгэгч, хорт бодисын шинэ эх үүсвэр болох магадлалыг бий болгоно.

Синтетик биологи нь байгальд урьд өмнө байгаагүй аюултай ДНХ болон генийн дарааллыг бий болгоно. Бидний шинэ генийг нэгтгэх чадвар нь эдгээр генүүд болон тэдгээрт суулгагдсан биологийн системүүд хэрхэн зөв ажиллаж, байгаль дээрх тэнцвэрт байдлыг алдагдуулахгүй байх тухай ойлголтоос хол түрүүлж байна. Ганцхан генийн инженерчлэгдсэн организмын аюулгүй байдлыг үнэлэхэд аль хэдийн хэцүү байгаа бөгөөд синтетик биологи үүнийг маш өндөр, хамгийн аюултай түвшинд хүргэх болно. Өнөөдрийн байдлаар байхгүй ганц ч шинжлэх ухааны оролдлого бишАрав, хэдэн зуун цоо шинэ генетик дараалал бүхий аливаа синтетик организмын хүрээлэн буй орчин, хүний ​​эрүүл мэндэд учруулах эрсдлийг сайтар үнэлэх замаар.

Биотехнологи нь хувиргасан амьд организмын гол үйлдвэрлэгчид болох АНУ болон дэлхийн хэд хэдэн оронд аль хэдийн бараг зохицуулалтгүй болсон бөгөөд CMO нь төрийн зохицуулалтын энэхүү хоцрогдсон тогтолцооны хил хязгаарыг улам өргөжүүлэх болно. Жишээлбэл, USDA нь GMO-ийг ургамлын хортон шавьжийн хуулиар хянадаг, учир нь тэдгээрийн ихэнх нь ургамлын вирусээр үүсгэгддэг. Синтетик биологи нь CMOs-ийг ургамлын вирусгүйгээр олж авах боломжийг нээж өгдөг, өөрөөр хэлбэл эдгээр үр тариа нь болно. бүрэн хяналтгүй USDA эсвэл бусад хэлтэс.

Манай биотехнологийн эрсдлийн үнэлгээний загварууд хурдан хуучирна. Хувиргасан амьд организмын аюулгүй байдлыг ихэвчлэн байгалийн аналогитай нь "их хэмжээний тэнцэх" зарчмаар тодорхойлдог. "Үндсэн тэнцүү" гэсэн санаа нь байгальд урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй генийг агуулсан CMO-ууд хүрээлэн буй орчинд гарч ирснээр хурдан нурах болно, тэдний эцэг эх нь компьютер юм.

Аж үйлдвэрийн хөдөө аж ахуйн төгсгөл
Синтетик биологи нь бидэнд зарим нэг амлалтыг өгч болох ч энэ нь хаашаа хөтөлж байгааг мэдэхгүй бол дагах аюултай зам юм. Сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд хөдөө аж ахуйн биотехнологи олон асуудлыг бий болгосны ихэнх нь нийлэг биологийн нөлөөгөөр улам даамжрах болно, тухайлбал: генетикийн бохирдол, хэт хогийн ургамал, химийн хорт бодисоос улам бүр нэмэгдэж буй хамаарал, тогтворгүй моно соёлын асар том газар нутаг, оюуны өмчийн тэмцэл, болон тариаланчдын талаар шүүх хурал, хүнсний бүтээгдэхүүний талаархи корпорацийн хяналтыг цаашид төвлөрүүлэх.

Та хол явах шаардлагагүй, учир нь "Бидний мэдэж байгаа хөдөө аж ахуй алга болно", гэж Крейг Вентер хөдөө аж ахуй дахь синтетик биологийн хэтийн төлөвийн талаар хэлэв. Бид химийн хорт бодисгүй аж үйлдвэрийн хөдөө аж ахуйг бий болгож, эрчим хүчээ хөдөө аж ахуйн системд төвлөрүүлэх ёстой агроэкологиТэгээд органик газар тариалан. Жишээлбэл, саяхан USDA-ийн судалгаагаар тариалангийн эргэлт зэрэг энгийн, тогтвортой хөдөө аж ахуйн өөрчлөлтүүд нь өндөр ургац өгч, азотын бордоо, гербицидийн хэрэгцээг эрс багасгаж, гүний усанд агуулагдах хорт бодисын хэмжээг бууруулж, тариачдад ямар нэгэн сөрөг нөлөө үзүүлэхгүй байна. ашиг. Ийм систем нь аж үйлдвэрийн газар тариалангийн системээс илүү биш юмаа гэхэд тэнцүүхэн бүтээмжтэй болох нь батлагдсан ч манай гараг, цаг уурын хувьд илт ашиг тустай бөгөөд аюултай, үнэтэй, туршигдаагүй технологид тулгуурлаагүй эрүүл, илүү тэжээллэг хоол хүнсээр хангадаг.

Синтетик биологийг байгаль орчинд оруулах, арилжааны зориулалтаар ашиглахыг хориглоно шаардлагатайхүний ​​эрүүл мэнд, байгаль орчныг хамгаалах үүднээс түүний эрсдэлийг үнэлэх, хянах чадварыг хангах.

Синтетик биологи гэдэг нь амьдралын тухай ойлголтыг ойлгоход илүү цогц хандлагыг бий болгохын тулд янз бүрийн судалгааны салбаруудыг нэгтгэхийг эрэлхийлдэг биологийн хандлагыг тодорхойлоход удаан хугацаагаар хэрэглэгддэг нэр томъёо юм.

Сүүлийн үед энэ нэр томъёог өөр утгаар ашиглах болсон нь биологийн шинэ функц, системийг зохион бүтээх, бүтээхэд шинжлэх ухаан, инженерчлэлийг хослуулсан судалгааны шинэ салбарыг илтгэж байна.

Синтетик биологи бол генийн инженерчлэлийн шинэ чиглэл юм. Эрдэмтдийн жижиг галактикийн боловсруулсан. Гол зорилтууд нь:

1. Өмнө нь хийж байсан шиг үүнийг салгахгүй, атом, молекулуудаас бүтээх замаар амьдралын талаар илүү ихийг мэдэж аваарай.
2. Генийн инженерчлэлийг нэрэндээ зохистой болгох - үүнийг урлагаас тасралтгүй хувьсан өөрчлөгдөж, өмнөх хиймэл бүтээлүүдийг стандартчилах, байгальд урьд өмнө байгаагүй шинэ, илүү төвөгтэй амьд системийг бий болгохын тулд дахин нэгтгэх нарийн чанд сахилга бат болгон хувирга.
3. Жинхэнэ програмчлах боломжтой организмд хүрэхийн тулд амьд биетүүд болон машинуудын хоорондох хил хязгаарыг арилга.

Дэлхий даяар 100 гаруй лаборатори синтетик биологийн чиглэлээр ажилладаг. Энэ чиглэлийн ажил хуваагдмал; Массачусетсийн Технологийн Их Сургуулийн биологич Дрю Энди тэдгээрийг системчлэх чиглэлээр ажиллаж байна. Энэ нь урьдчилан таамаглаж болохуйц байдлаар ажилладаг амьд системийг зохион бүтээх, генийн стандарт багцаас сольж болох хэсгүүдийг ашиглах боломжийг олгоно. Эрдэмтэд хүссэн организмыг бий болгох боломжийг олгодог өргөн хүрээтэй генетикийн банкийг бий болгохыг хичээж байна. Уг банк нь үйл ажиллагаа нь нарийн тодорхойлогдсон, өмнө нь мэдэгдэж байсан уургийг нийлэгжүүлэхийн тулд эсийн геномд нэвтрүүлж болох биобрикс буюу ДНХ-ийн хэсгүүдээс бүрддэг. Сонгосон бүх био тоосго нь бусад бүх хүмүүстэй хоёр түвшинд сайн харьцах зориулалттай.

• механик, ингэснээр тэдгээрийг амархан үйлдвэрлэж, хадгалж, генетикийн гинжин хэлхээнд оруулах боломжтой;
• Тоосго бүр тодорхой химийн дохиог илгээж, бусад кодын хэсгүүдтэй харьцдаг програм хангамж.

Одоо Массачусетсийн Технологийн Институт 140 гаруй био тоосго бүтээж, системчилсэн байна. Хүндрэл нь хүлээн авагч эсийн генетикийн кодонд нэвтэрсэн олон тооны инженерчлэгдсэн ДНХ-ийн хэлтэрхийнүүд түүнийг устгадагт оршино.

Синтетик биологи нь нарийн төвөгтэй, ховор эмийг хямд, үйлдвэрлэлийн хэмжээгээр үйлдвэрлэх боломжтой инженерийн нянг бий болгох чадвартай. Инженерийн геномууд нь агаар мандлаас илүүдэл нүүрстөрөгчийн давхар ислийг зайлуулахад туслах өөр эрчим хүчний эх үүсвэр эсвэл бактери үүсгэх боломжтой.

Сүүлийн үед ердийн генийн инженерчлэлийн оронд "синтетик биологи" буюу ДНХ-тэй ажиллах шинэ хандлага, үүнд байгальд байхгүй цоо шинэ генийг бий болгох талаар их ярих болсон. Хүн бүр синтетик биологийг сонирхдог: залуу эрдэмтэд, үүнийг бие даан судалж буй биохакерууд, мөн биологийн гарааны бизнест хөрөнгө оруулалт хийдэг хөрөнгө оруулагчид. Намайг хараарай. Биологийн энэ шинэ салбар хэрхэн ажилладагийг харна уу.

Аливаа генийн залилангийн нэгэн адил синтетик биологи нь ашигтай бөгөөд маш аюултай байж болно. Стэнфордын их сургуулийн биологич Дрю Энди синтетик биологийг хоёр үзүүртэй тэшүүртэй налуутай харьцуулж, "мөхлийн налуу" гэж нэрлэжээ. Нэг талаас синтетик биологи нь ашигтай зүйл хийх, өлсгөлөнгийн асуудлыг шийдвэрлэх, өвчнийг эмчлэх, шинэ организм бий болгоход ашиглаж болно. Нөгөөтэйгүүр, үхлийн аюултай вирус үүсгэх эсвэл байх ёсгүй организмыг байгальд гаргах аюул үргэлж байдаг. Эсвэл бүр DIY арга нь синтетик биологийн нийгэмлэгт түгээмэл байдаг тул биотерроризмын шинэ давалгаа үүсгэдэг.

Үнэ хэрхэн өөрчлөгдсөн
ДНХ-ийн дараалал тогтооход зориулагдсан
(1 сая суурь хос тутамд)

"Синтетик биологи" гэсэн нэр томъёог анх 1980 онд Барбара Хобом рекомбинант ДНХ технологийг ашиглан генетикийн хувьд өөрчилсөн бактерийг тодорхойлоход ашигласан. Дараа нь энэ нэр томъёог 2000 онд Эрик Коол болон бусад илтгэгчид Сан Франциско хотод болсон Америкийн химийн нийгэмлэгийн жил тутмын хурал дээр дахин санаачилжээ. Энэ нь амьд системд тодорхой үүрэг гүйцэтгэдэг хиймэл органик молекулуудын нийлэгжилтийг тодорхойлоход хэрэглэгддэг.

Синтетик биологи бол байгальд байдаггүй шинэ биологийн системийг зохион бүтээх, бий болгох зорилготой биологийн шинэ салбар юм. Энэ нь организмын одоо байгаа шинж чанарт шинэ шинж чанарыг нэмэх, жишээлбэл, бактери, эсвэл одоо байгаа шинж чанарыг өөрчлөхтэй холбоотой юм. Ирээдүйд хатуу заасан шинж чанартай бие даасан оршин тогтнох, нөхөн үржих чадвартай бие даасан организмуудыг бий болгохоор төлөвлөж байна.

Синтетик биологийн гурван үндсэн зорилго байдаг.

• Өмнө нь хийж байсан шиг үүнийг салгаж авахын оронд атом, молекулуудаас бүтээх замаар амьдралын талаар илүү ихийг мэдэж аваарай.
• Генийн инженерчлэлийг нэрэндээ зохистой болгох нь үүнийг урлагаас тасралтгүй хувьсан өөрчлөгдөж, өмнөх хиймэл бүтээлүүдийг стандартчилан, тэдгээрийг нэгтгэн байгальд урьд өмнө байгаагүй шинэ, илүү төвөгтэй амьд системийг бий болгоход чиглэгдсэн хатуу сахилга бат болгон хувиргах явдал юм.
• Жинхэнэ програмчлагдсан организмд хүрэхийн тулд амьд биетүүд болон машинуудын хоорондох хил хязгаарыг арилга.

Төрөл бүрийн салбаруудад синтетик биологийн боломжуудыг авч үзье. Нэгдүгээрт, биологичид байгалийн биологийн системийг илүү сайн ойлгох боломжтой болно (Ричард Фейнманы "Би юу бүтээж чадахгүй, би ойлгохгүй байна" гэсэн үгийг санах нь зүйтэй).

Хоёрдугаарт, химичүүдийн хувьд синтетик биологи нь синтетик химийн дараагийн логик зайлшгүй алхам (эмийн синтез, шинэ материал, илүү дэвшилтэт аналитик аргуудыг боловсруулах) гэж танилцуулж болно.

Синтетик биологи нь 1989 онд Цюрихийн биологичдын баг (Стивен Беннерээр ахлуулсан) дэлхий дээрх бүх амьд организмд (аденин, гуанин, цитозин, цитозин) ашигладаг дөрвөн нуклеотидаас гадна хоёр хиймэл нуклеотид агуулсан ДНХ-ийг нийлэгжүүлснээр түүхээ эхэлсэн. тимин - ДНХ-д, РНХ-д цитозин нь урацилаар солигддог (Зураг 1).

Синтетик биологи

"Синтетик биологи" гэж юу вэ? Энэ бол молекул биологийн шинэ бөгөөд хурдацтай хөгжиж буй салбар бөгөөд энэ нь зөвхөн бодит ген, геномыг удирдах боломжийг олгодог төдийгүй байгальд хэзээ ч байгаагүй цоо шинэ ДНХ-ийн дараалал, шинэ биологийн системийг бий болгох боломжийг олгодог. Ийм ер бусын чадварууд нь молекул болон компьютерийн технологийн хурдацтай хувьсалтай холбоотой бөгөөд үүний ачаар өнөөдөр ямар ч генетикийн дарааллыг бараг "бүтээх" төдийгүй түүнийг амьдралд оруулах боломжтой болсон. Ийнхүү 2002 онд анхны бүрэн хиймэл вирус, 8 жилийн дараа Синтия хэмээх бүрэн хиймэл геномтой анхны амьдрах чадвартай нян мэндэлжээ. Эдгээр ололт амжилтууд нь биотехнологийн шинэ материал үйлдвэрлэхээс эхлээд "сайжруулсан" фотосинтез бүхий газар тариалангийн ургамал бий болгох хүртэл шинжлэх ухаан, амьдралын янз бүрийн салбарт ижил хязгааргүй хэтийн төлөвийг нээж өгдөг ДНХ-ийн дахин програмчлалын бараг хязгааргүй боломжуудыг харуулж байна. Өөр нэг зүйл бол хүн төрөлхтөн эдгээр "байгалийн бус нигүүлслийг" ухаалгаар ашиглах ёстой

Байгальтай эн тэнцүү түншилдэг

Санаа нь өөрөө синтетик биологи"ойролцоогоор" хөгждөг. Сүүлийн жилүүдэд бараг бүх организмын геномыг ямар ч аргаар сэргээх боломжтой шинэ, маш тохиромжтой молекулын хэрэгслүүд бий болсон. Тийм ээ, энэ нь үнэтэй байж магадгүй бөгөөд та үл мэдэгдэх асуудалтай тулгарч магадгүй, гэхдээ молекул биологийн технологийн хөгжлийн өнөөгийн түвшинд ч гэсэн та зааныг аажмаар "их наяд доллар" -аар мамонт болгон хувиргаж чадна. энэ үзэсгэлэнт устаж үгүй ​​болсон төрөл зүйл.

Өөр нэг зүйл бол үүнийг хийх шаардлагатай юу? Эцсийн эцэст, синтетик биологи нь хүний ​​​​өвчнийг оношлох, урьдчилан сэргийлэх, эмчлэх арга хэрэгслийг бий болгох, түүний дотор хүнсний аюулгүй байдлыг хангах, чанарыг сайжруулах зэрэг олон чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. хүнсний бүтээгдэхүүн. Эдгээр ажлууд нь Новосибирскийн Улсын Их Сургуулийн "Синтетик биологи" StrAU төслийн хүрээнд судалгааны өнөөгийн чиглэлүүдийн үндэс суурь болсон юм.

Манай SAE-ийн нээлтийн төслийн өргөдлийн талаар ярихад бид удаан бодох шаардлагагүй байсан: түүний сэдэв нь геномын засварлах шинэ хэрэгслийг хөгжүүлэх, хүний ​​​​эсийн зорилтот өөрчлөлтөд ашиглах явдал байв. Сүүлийн хэдэн жилд гарч ирсэн геномын засварлах технологи нь анагаах ухаан, хөдөө аж ахуй, үйлдвэрлэлийн биотехнологи зэрэг амьдралын шинжлэх ухаан, практик салбарт хоёуланд нь хувьсгал хийсэн. Ийм технологи хурдацтай хөгжихгүй бол Орос гадныхны тоонд орох эрсдэлтэй.

Чөтгөр нь нарийн ширийн зүйлд байдаг

Манай төслийн эхний блок - суурь нь "засварлах" явцад эсэд тохиолддог үйл явцыг судлахад чиглэгддэг; хоёрдугаарт - шинэ фермент боловсруулах, генетикийн материалыг дамжуулах арга, эсийн доторх үйл явцыг хянах аргуудыг багтаасан засварлах хэрэгслийг сайжруулах; гурав дахь нь практик үр дүнд хүрэх явдал юм.

Энэ эхний, үндсэн хэсэг нь яагаад ийм чухал вэ? Геномын засварын гол асуудал бол технологийн өөрийнх нь хүртээмж, илэрхий хялбар байдал бөгөөд үүний үр дүнд түүний ашиглалтын хурд нь түүний механизмыг "ойлгох" хурдаас хол давсан юм. Бараг ямар ч сайн тоноглогдсон биологийн лаборатори одоо бактериас эхлээд хүн хүртэл ямар ч организмын геномын зорилтот өөрчлөлтийг хийх боломжтой. Гэсэн хэдий ч дэлхий дээр хорь гаруй судалгааны бүлэг генийн засварлах явцад эсэд юу болж байгааг ойлгохыг хичээж, холбогдох молекулын механизм, эсийн үйл явцыг судалж үздэг. Тэд чөтгөр нарийн ширийн зүйлд байдаг гэж хэлдэг. Ойлголтгүй байдал нь үр ашиг багатай байдаг бөгөөд үүнийг мөнгөөр ​​нөхөх шаардлагатай болдог. Харьцангуйгаар хэлэхэд, одоо зорилгодоо хүрэхийн тулд та "санамсаргүй байдлаар нудрах" хэрэгтэй бөгөөд эстэй арван шахмалын оронд мянга ашиглах хэрэгтэй.

Хэрэв бид өнөөдөр хамгийн алдартай геном засварлах системийн талаар ярих юм бол ДНХ-ийн эвдрэлийг бий болгодог Cas9 уураг хэрхэн ажилладаг талаар бага эсвэл бүр мэддэггүй. Туршилтын хоолойд Cas9 нь бусад ихэнх ферментүүдтэй харьцуулахад маш үр ашиггүй ажилладаг тул энэ фермент нь геномын зорилтот байдлаа хэрхэн олж авдаг нь тийм ч тодорхойгүй байна: урвалд удаан хугацаа шаардагдах бөгөөд зорилтот ДНХ-тэй харьцуулахад ферментийн олон тооны илүүдэл шаардагдана. .

Геномын засварын дараагийн алхам бол ДНХ-ийн задралд оруулах ёстой шинэ генетик материалыг эсэд оруулах явдал юм. Өнөөдөр ийм шинэ хиймэл зүйл дээр суурилсан генетикийн дахин нэгтгэх (ДНХ-ийн дахин зохион байгуулалт) үйл явц нь жинхэнэ "хар хайрцаг" юм. Зарчмын хувьд бид хүний ​​​​рекомбинацийн механизмын талаар маш их зүйлийг мэддэг, гэхдээ зөвхөн "хэвийн" нөхцөлд л. Хэдийгээр үр хөврөлийн эсүүд үүсэх эсвэл гэмтсэн ДНХ-ийн ("засварын") үед рекомбинаци нь ижил үндсэн схемийн дагуу явагддаг боловч эдгээр механизмын нарийн ширийн зүйл нь огт өөр гэдгийг бид мэднэ. Геномыг засварлах явцад рекомбинацын механизмыг ойлгохын тулд ердийн рекомбинацын систем хэр их оролцдог, зарим шинэ элементүүд хэр их оролцож байгааг олж мэдэхийн тулд дахиад хорин жил шаардагдана.

Гэхдээ бид бүгдийг нь тодорхойлж чадвал засвар хийх замыг яг таг зохицуулах боломжтой болно. Таны мэдэж байгаагаар гол зорилго нь генийг унтраах эсвэл түүний үйл ажиллагааг өөрчлөх явдал юм. Үүнийг унтраахад илүү хялбар байдаг, учир нь энэ тохиолдолд ихэвчлэн алдаатай эсийг "харшуулах" нулимс гаргахад хангалттай. Түүгээр ч үл барам, эс нь фрагментийг рекомбинацаар солихоор төлөвлөж байсан ч гэсэн энэхүү энгийн замыг илүүд үзэх болно: энэ тохиолдолд эсийн систем нь орлуулахгүй, харин зорилтот хэсгийг унтраахыг хичээдэг. Одоо олон судлаачид энэ процесст оролцдог ферментийг дарангуйлах гэх мэт энгийн зүйлээс эхлээд энэ асуудлыг шийдэхээр ажиллаж байна. Жишээлбэл, эдгээр ферментүүдийн аль нэгийг ердийн кофейн дарангуйлдаг бөгөөд хэрэв эсүүд ийм "тунг" хүлээн авбал рекомбинация илүү сайн явагддаг.

Геном засварлах хэрэгслийг сайжруулахын тулд би эндээс хоёр үндсэн аргыг харж байна. Нэгдүгээрт, Cas9 гэх мэт аль хэдийн мэдэгдэж байсан ферментүүдийг ямар нэгэн байдлаар өөрчилж, сайжруулах боломжтой. Эдгээр уургийн бүтцийг сайн ойлгодог бөгөөд тэдгээрийн нарийвчлал, үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд мутаци хийж болно. Нэмж дурдахад, ердийн хөтөч РНХ гэхээсээ илүү өөрчлөгдсөн нуклейн хүчлийг хүссэн генийн фрагментийг хайж, таних зорилтот бүтэц болгон ашиглаж болох бөгөөд үүний ачаар зорилтот хайлтын хурд, нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх боломжтой. Манай төслийн хүрээнд Корреспондент гишүүнээр ахлуулсан хэсэг энэ ажлыг гүйцэтгэх болно. RAS D.V. Пышный.

Хоёрдахь арга бол геном засварлах цоо шинэ аргуудыг хайх явдал юм. Уургууд нь ДНХ-тэй хэрхэн харьцдаг талаар бид одоо маш их зүйлийг мэддэг, үүнээс гадна өнгөрсөн зууны сүүлчээс хойш энэ чиглэлээр маш олон сонирхолтой үзэгдлийн тайлбарууд хуримтлагдсан бөгөөд тэдгээр нь тухайн үед ойлгогдоогүй, тайлбарлагдаагүй байв. Жишээлбэл, олигонуклеотидоор эмчилсэн ч тодорхой үр дүнтэй эсүүдэд мутаци, геномын орлуулалт явагдах болно гэдгийг олж мэдсэн! Одоо бидний гарт гарч буй үйл явцыг судлах шаардлагатай бүх технологи бий.

Гарамыг юугаар солих вэ?

Бидний бүх судалгааны үнэ цэнэ, түүний дотор суурь судалгаанууд нь тэдний үр дүн нь одоо байгаа патентуудад хамрагдаагүй шинэ технологийн үндэс суурь болж чаддагт оршино. Баримт нь одоо геномын засварын бүх салбарыг эдгээр технологийг бүтээсэн, санхүүжилт нь тэрбум доллараар хэмжигддэг хүмүүсийн патентаар бүрэн "хамруулсан" юм. Энэ утгаараа бид тэдэнтэй өрсөлдөх нь ашиггүй юм - өөрсдийнхөө тойрон гарах арга замыг хайж олох нь илүү ашигтай байдаг.

Бидний ажлын практик үр дүн нь ямар ч тохиолдолд хангалттай мөнгө байхгүй сэргэсэн мамонт биш, харин томуу, Паркинсоны өвчин зэрэг өргөн тархсан өвчний эсрэг эм олохын тулд янз бүрийн фармакологийн судалгаанд ашиглаж болох маш бодит шинэ эсийн шугам байх ёстой. болон хөхний булчирхайн хорт хавдар.

Жишээлбэл, өнөөдөр томуугийн эм хайх, турших хамгийн тохиромжтой загвар бол түүнээс үхдэг лабораторийн хулгана биш, харин илүү том, илүү эрэлт хэрэгцээтэй амьтад болох гарам юм. Эдгээр амьтдын уушигны хучуур эдийн эсүүд нь хүнтэй төстэй байдаг тул тэдгээр нь хүний ​​биед маш мэдрэмтгий байдаг тул фармакологичид эртнээс хэрэглэж ирсэн. Хэрэв бид геномын засварыг ашиглан томуугийн вирүст мэдрэмтгий хүний ​​​​эсийн шугамыг үүсгэж чадвал энэ нь тохирох эмийг хайх ажлыг ихээхэн хөнгөвчлөх болно.

Өөр нэг дэд ажил бол жил бүр хэдэн зуун мянган нийлэгждэг шинэ химийн нэгдлүүдийн хоруу чанарыг шалгах эсийн шугам авах явдал юм. Эдгээр бүх бодисыг ихэвчлэн хэрэглэхийг илүүд үздэг хүмүүст аюулгүй байдлын үүднээс туршиж үзэх ёстой. Баримт нь хоруу чанарын шинжилгээ нь дутуу аюулгүй гэхээсээ илүү аюулгүй байх хандлагатай байсан бөгөөд стандарт эсийн шугамаас гаргаж авсан үр дүн нь амьтнаас авсан үр дүнгээс бага хортой байх хандлагатай байдаг. Үнэн хэрэгтээ бие даасан эсүүд сөрөг нөлөөнд илүү тэсвэртэй болдог, учир нь бие нь дүрмээр бол өөрийн гэсэн "сул холбоос" - ялангуяа "эмзэг" эсийн жижиг эсийн популяци (жишээлбэл), тогтвортой байдлыг тодорхойлдог. нийт хувь хүний. Ийм судалгаанд амьтдыг ашиглахгүй байх хөдөлгөөн эрчимжиж байгаа тул мэдрэмтгий чанар нь нэмэгдсэн генийн өөрчлөлттэй эсийн шинэ шугамууд нь хангалттай орлуулах болно.

Хэрэв бид нээлтийн төслийн уралдаанд түрүүлэхгүй бол энэ нь геном засварлах чиглэлээр хийх бидний бүх ажил зогсоно гэсэн үг биш юм. Судалгаа нь арай бага хурдтай хөгжих нь дамжиггүй.

Одоогийн санхүүжилтийн хүрээнд бид геномын засвартай холбоотой зургаан их сургуулийн лабораторийг нэгтгэсэн Биоанагаахын дэвшилтэт судалгааны төв хэмээх шинэ бүтцийг бий болгоод байна. Энэ тохиолдолд бид ямар ч гайхалтай үр дүнд найдаж чадахгүй ч RAS SB-ийн хүрээлэнгүүдийн оюуны болон материаллаг нөөцөд тулгуурлан Орост энэ чиглэлээр хамгийн сайн төвийг бий болгож чадна.

Энэ утгаараа манайд Сколковог эс тооцвол цөөн тооны өрсөлдөгчид байдаг бөгөөд геномын засварын үндсэн ажил эрхэлдэг дотоодын шинжлэх ухааны бүлгүүд маш цөөхөн байдаг.

Биологийн шинжлэх ухааны доктор, Оросын ШУА-ийн профессор Д.О.Жарков

Үүнийг долоон удаа туршаад, нэг удаа синтезлээрэй!

NSU SAE "Синтетик биологи"-ийн бүх оролцогчдын дунд би хамгийн түрүүнд бид нягт хамтран ажилладаг А.Ю. Тэрээр биологийн макромолекулуудтай холбоотой технологийг хөгжүүлэх, ашиглах чиглэлээр ажилладаг - би энэ чиглэлийг орчин үеийн синтетик биологийн хамгийн чухал салбаруудын нэг гэж үздэг.

Шинэ нэгдлүүдийг бий болгох уламжлалт арга бол олон синтез хийж, маш олон хувилбаруудыг гаргаж, тэдгээрээс тохирохыг нь сонгох явдал юм. Тооцооллын технологийн ачаар бид эхлээд ирээдүйн холболтын шинж чанарыг урьдчилан таамаглаж, "дизайн" хийж, зөвхөн дараа нь үүсгэж болно. Өөрөөр хэлбэл, судлаач үр дүнг урьдчилан тооцоолж, дүгнэж болно. Дериватив гэх мэт нарийн төвөгтэй молекулуудын хувьд үүний ач холбогдлыг хэт үнэлэхэд хэцүү байдаг олигонуклеотидууд(богино хэлтэрхийнүүд) мөн та жишээлбэл, хэмжээ, хүч чадал болон бусад бүтцийн шинж чанараараа ДНХ-ийн давхар спираль бүтэцтэй тохирох эсэхийг мэдэхийг хүсч байна.

Манай биоанагаах ухааны химийн лабораторийн физикчдийн хийж байгаа ажил бол ийм компьютерийн алгоритмын үндэс болох арга, тооцоолол боловсруулах явдал юм. Хэдийгээр бүрэн шийдэгдээгүй байгаа ч аль хэдийн амжилт бий.

Технологи гэж хэлэх ёстой молекул залгах(тогтвортой цогцолбор үүсэхэд хамгийн таатай молекулуудын чиг баримжаа, байрлалыг урьдчилан таамаглах боломжийг олгодог молекулын загварчлалын арга) нь юуны түрүүнд эмийн шинэ нэгдлүүдийг хайж олох, бий болгохтой холбоотойгоор дэлхий даяар маш их алдартай болсон. Жишээлбэл, эдгээр компьютерийн технологийн тусламжтайгаар ферментийн уургийн тодорхой хэсэгт өндөр үр ашигтай холбогдож, улмаар түүний үйл ажиллагааг хааж чадах молекулуудыг сонгох боломжтой.

Ийм технологийг илүү "дэлхий" форматаар хөгжүүлэх нь гарцаагүй. Сүүлд нь би дурдах гэсэн юм олигомерууд(цөөн тооны ижил төстэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гинж хэлбэрийн молекулууд), харин уламжлалт залгах тохиолдолд бид ихэвчлэн бага молекултай нэгдлүүдийн тухай ярьдаг. Ийм "дунд молекул" нэгдлүүд нь зөвхөн стандарт олигонуклеотидууд төдийгүй олон төрлийн олигомерын гинж хэлбэрээр зохиомлоор үүсгэгдсэн бусад молекулын блокууд байж болно. Мөн энэ тохиолдолд сонголтуудын тоо огцом нэмэгдэж байгаа тул компьютерийн загварчлал тэргүүлэх байр суурь эзэлдэг.

Хиймэл олигомер үйлдвэрлэх химийн аргын тухайд бид үүнийг хийх техникийн үндэслэлтэй болсон. Одоогоор бид ижил олигонуклеотидын үйл ажиллагааг нэмэгдүүлэхийн тулд эдгээр технологийг ашиглаж, тэдэнд нэмэлт гидрофобик өгөх, сурвалжлагч шошго гэх мэтийг ашиглаж байна. Эцсийн эцэст, энэ салбарт нэгдлүүдийг амьд хүмүүст хүргэх гэх мэт шийдэгдээгүй олон асуудал бий. эсүүд. Жишээлбэл, энэ зорилгоор химийн тусгай бүлгүүдийг олигонуклеотид (жишээлбэл, холестерины үлдэгдэл) хавсаргасан тохиолдолд сонголтыг ихэвчлэн ашигладаг боловч энэ нь үргэлж зөвтгөгддөггүй эсвэл үр дүнтэй байдаггүй. Гэхдээ олигонуклеотидыг өөрчлөхийн тулд та ижил нэмэлт нуклеотид бус гинжийг ашиглаж болно, тэдгээрийн холбоосууд нь хүссэн шинж чанартай функциональ бүлгүүдийн үүрэг гүйцэтгэдэг.

Ирээдүйд энэ хандлага нь нуклеотид бус шинж чанартай олигомерын шинэ төрлийн бодисыг бий болгоход хүргэж болзошгүй бөгөөд энэ нь бие даасан нэгжүүдийн функциональ шинж чанарын асар их боломжит олон янз байдал, магадгүй ашиглахаас ч илүү байх болно. амин хүчил. Мэдээжийн хэрэг, хэзээ нэгэн цагт олигонуклеотидуудаас бүрмөсөн татгалзаж, аль хэдийн сайн хөгжсөн нуклеотидын химийн үндсэн дээр олон үйлдэлт олигомер гэх мэт цоо шинэ зүйлийг бий болгох санаа бий.

Синтетик биологийн чиглэлээр практик үр дүнгийн жишээ болгон би РАС-ийн Химийн биологийн физиологийн хүрээлэнд бүтээгдсэн нуклейн хүчлүүдийн шинэ химийн аналогуудыг дурдмаар байна. Нуклейн хүчлийн химийн шинжлэх ухааны доктор (Доктор Д.А. Стеценко дарга) болон манай биоанагаах ухааны химийн лабораторид.

Тиймээс Британийн эрдэмтэдтэй хамтран эдгээр нэгдлүүдийг генетикийн ноцтой өвчнийг эмчлэхэд ашиглах патентын өргөдлийг аль хэдийн гаргасан байна. Duchenne булчингийн дистрофи, энэ нь хөдлөх чадвараа бүрэн алдаж, эцэст нь үхэлд хүргэдэг. Өвчний шалтгаан нь мутаци, үр дагавар нь үйл явцыг тасалдуулах явдал юм залгахМэдээллийн боловсорч гүйцэх явцад (хэсэг таслах), үүний үр дүнд эсүүд булчингийн эд эсийн бүтцийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болох "буруу" дистрофины уураг нийлэгжүүлдэг.

Энэхүү эмгэг процессыг олигонуклеотидын тусламжтайгаар засч залруулж болох бөгөөд лабораторийн амьтдын судалгаагаар манай фосфорил гуанидинууд энэ зорилгод маш тохиромжтой байдаг. Сүүлийнх нь саяхан АНУ-д практикт ашиглахаар батлагдсан морфолин олигомеруудаас муу ажилладаггүй. Эдгээр хоёр тохиолдолд ижил зарчмыг өөр өөр платформ дээр хэрэгжүүлсэн. Мэдээжийн хэрэг, ийм эмчилгээ нь насан туршийн тарилга гэсэн үг боловч өөр хувилбар нь зөвхөн геном засварлах явдал бөгөөд энэ нь цаг хугацаа өнгөрөх тусам хэрэгжих боломжтой болж байгаа ч өнөөдөр боломжгүй юм.

Өнөөдөр бид фосфорилгуанидины өөр нэг чухал практик хэрэглээ болох өвчний оношлогоонд анхаарлаа хандуулав. Талбайн транзисторын зарчмаар ажилладаг хагас дамжуулагч нано утасн дээр суурилсан оношлогооны мэдрэгчийн төрөл байдаг. Ийм нано дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулах чанар нь түүний гадаргуу дээр цэнэг гарч ирэхэд өөрчлөгддөг. Фосфорил гуанидин олигонуклеотидын молекул нь ердийнхөөс ялгаатай нь өөрөө цэнэггүй байдаг. Дамжуулагчийн гадаргуу дээр хөдөлгөөнгүй болсон ийм олигонуклеотид нь тодорхой өвчний нуклеотидын маркер болох цэнэглэгдсэн РНХ-ийн зорилттой тусгайлан холбогдох чадвартай байдаг. Энэ тохиолдолд дамжуулагчаас ирсэн дохио нь цахилгаан цэнэгтэй бай руу амжилттай холбогдсон тохиолдолд л илрэх болно. Новосибирскийн хагас дамжуулагчийн физикийн хүрээлэнтэй хамтран хийсэн туршилтанд. A.V. Rzhanova SB RAS нь фосфорилгуанидины деривативыг "суулгасан" мэдрэгчийг ашиглан нэмэлт шошгогүйгээр шууд оношлогооны дохио авах боломжтой болохыг нотолсон.

Компьютерийн загварчлалын технологи руу буцаж ороход, StrAU "Синтетик биологи"-ийн нэг хэсэг болох NSU-д байгуулагдсан "Дэвшилтэт биоанагаах ухааны судалгааны төв" нь уургийн инженерийн шинэ лабораторийг багтаах болно гэдгийг сануулъя. Нэрнээс нь харахад биотехнологи, эмчилгээний болон молекулын хэрэгсэл болгон ашиглахад зориулагдсан шинэ фермент болон өөрчилсөн шинж чанартай бусад уураг бий болгоход чиглэнэ. Эцсийн эцэст та энэ эсвэл хүссэн уургийн молекулыг бараг "зохион бүтээж", судалсны дараа түүнийг бодитоор үйлдвэрлэж эхлэхийн тулд генийн инженерчлэлийн аргад хандах хэрэгтэй. Өөрөөр хэлбэл, зохих генийн дараалал - хиймэл генийг нэгтгэх тусгай даалгавар үүсдэг.

Ийм нэг генийг "угсрах" тулд та хэдэн зуун хиймэл нийлэгжүүлсэн нуклеотидын гинжийг тодорхой дарааллаар холбох хэрэгтэй! Орос улсад энэ асуудлыг шийддэг шинжлэх ухааны баг байдаггүйтэй адил ийм технологи бараг байдаггүй гэдгийг тэмдэглэхийг хүсч байна. Үл хамаарах зүйл бол k.  h-ийн бүлэг юм. 

n. Төрөл бүрийн найрлагатай олон тооны нуклеотидын дарааллыг нэгэн зэрэг нийлэгжүүлж болох олон эс бүхий тусгай жижиг цахиур ялтсуудын гадаргуу дээр олигонуклеотидыг нийлэгжүүлэх аргад ихээхэн амжилтанд хүрсэн манай лабораторийн А.Н.Синякова.

Манай судлаачид нэрэмжит Хагас дамжуулагчийн физикийн хүрээлэнгийн мэргэжилтнүүдийн хамт. A.V. Rzhanova болон SB RAS-ийн Автоматжуулалт, Электрометрийн хүрээлэнгийнхэн фотод тэсвэртэй хамгаалалтын бүлгүүд эсвэл хүчлийн фотогенераторуудыг ашиглахад суурилсан олигонуклеотидын нийлэгжилтэд зориулсан чип технологийг боловсруулж аль хэдийн туршиж үзсэн. Дараа нь эдгээр олигонуклеотидын багц нь зорилтот генийн дарааллыг олж авахын тулд хэд хэдэн тусгай эмчилгээ хийдэг.

Хиймэл ДНХ-ийг үр дүнтэй нийлэгжүүлэх технологи нь аж үйлдвэр, анагаах ухаан, хөдөө аж ахуйд төдийгүй биологийн зэвсэг бүтээхэд шинэ боломжийг нээж өгч байгаа тул дэлхий даяар тархалтыг хязгаарлах бодит арга хэмжээ авч байгааг анхаарна уу. Ийм суурилуулалтыг манай улс руу гаргахгүй гэсэн үг. Дотоодын микрочип синтезаторыг бүтээсэн нь синтетик биологийн тулгын чулуунуудын нэг болох хиймэл генийг бий болгох бидний бодит алхам юм. Эндээс хиймэл амьд эс, цаашлаад бүхэл бүтэн организм бий болох нь холгүй юм.

Корреспондент гишүүн RAS, химийн шинжлэх ухааны доктор Д.В.Пышный

Хэзээ нөхөн төлбөр авахыг хориглоно

Бид тогтолцооны суурь судалгааг хийж байгаа бөгөөд үр дүн нь хөгшрөлтийн механизмыг ойлгоход чухал ач холбогдолтой бөгөөд анагаах ухаанд сонирхолтой байдаг ДНХ-ийн засварын ("засвар") ферментийн дарангуйлагчдыг зохион бүтээх үндэс суурь болдог. Энэ бүх ажил нь салбар хоорондын хамтын ажиллагаанд суурилж, өмнө нь SB RAS-ийн интеграцийн тусгай төслүүдээр дэмжигдэж байсан бөгөөд одоо их сургуулийн сайт руу нүүсэн байна. Энэхүү чухал асуудалд НСУ-ын ректор, корреспондент гишүүн илтгэлээ зориулав. RAS M. P. Fedoruk RAS SB-ийн Ерөнхий хурлын сүүлчийн эрдэм шинжилгээний хуралд. Тэрээр ийм шилжилтийг Новосибирскийн эрдмийн хотхоныг хөгжүүлэх шинэ вектор гэж нэрлэжээ. StrAU нь салбар хоорондын хамтын ажиллагааг илүү үр дүнтэй зохион байгуулахаас гадна NSU-ийн оюутнууд, магиструудыг судалгаанд идэвхтэй оролцуулах боломжийг олгодог.

ДНХ-ийн гэмтлийг засч залруулах үүрэгтэй засварын системийн бүх уураг нь эмийн боломжит бай гэдгийг бид одоо тодорхой ойлгож байна гэж хэлэх ёстой. Бүх нийтийн зорилт бол жишээлбэл, цөмийн уураг поли(ADP-рибоз) полимераз 1 (PARP1), ДНХ-ийн засварын чухал зохицуулагч бөгөөд үүнийг дарангуйлах нь хорт хавдар, ишемийн харвалт болон бусад эмгэгүүдэд тодорхой нөлөө үзүүлдэг. .

PARP1 нь ДНХ-ийн гэмтлийн "мэдрэгч" юм: ДНХ-ийн эвдрэлийг таньж, эдгээр газруудад наалддаг бөгөөд PARP1 гэх мэт янз бүрийн хүлээн авагч уурагтай ковалент байдлаар холбогддог олиго- эсвэл поли(ADP)-рибозын гинжийг идэвхтэй нэгтгэж эхэлдэг. . Үүний үр дүнд хроматин нь эвдэрсэн хэсэгт конденсац болж, засварын ферментийн хандалтыг хөнгөвчилдөг. Тиймээс PARP1 нь уламжлалт хими эмчилгээ эсвэл цацраг туяа эмчилгээний үед ДНХ-ийн гэмтлийг нөхөн сэргээхэд тусалдаг бөгөөд энэ нь эмчилгээний үр дүнд сөргөөр нөлөөлдөг.

Ишемийн үр дүнд тархины цусны эргэлтийн эмгэг, олон геномын гэмтэлтэй тохиолдолд PARP1-ийн хэт идэвхжил нь тэдгээрийн доторх энергийн нөөцийг ATP молекул хэлбэрээр хурдан шавхахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь нейронуудын эргэлт буцалтгүй үхэлд хүргэдэг.

Ийм нөхцөлд засварын үйл явцын бүх нийтийн зохицуулагч болох PARP1-ийн үйл ажиллагааг дарангуйлах санаа нь эхлээд харахад маш сонирхолтой юм шиг санагддаг. Гэхдээ энэ фермент нь олон үйлдэлт уураг гэдгийг мартаж болохгүй бөгөөд олон тооны судалгаагаар түүний нөхөн сэргээх үйл ажиллагааг дарангуйлснаар бид бусад функцийг нэгэн зэрэг дарангуйлдаг. Өнөөдөр PARP-1 дарангуйлагч эмийн olaparib (Lynparza) нь өндгөвчний хорт хавдар зэрэг зарим төрлийн хорт хавдрыг эмчлэхэд ашиглагддаг. Гэсэн хэдий ч олон тооны хүсээгүй үр дагавартай тул болгоомжтой хэрэглэхийг зөвлөж байна.

Тиймээс бид судалгаандаа энэ бүх нийтийн төдийгүй өөр нэг тодорхой зорилт болох тирозил-ДНХ фосфодиэстераза 1 (Tdp1) засварын ферменттэй ажилладаг.

Баримт нь эсэд топоизомераза ферментүүд байдаг бөгөөд эдгээр нь ДНХ-ийн давхар спираль тодорхой хэлбэрийг динамикаар хангахад оролцдог. I төрлийн топоизомераза нь ДНХ-ийн хэлхээний аль нэгийг нь ковалент байдлаар холбосноор завсарлага үүсгэдэг бөгөөд дараа нь хэлхээг засдаг. Камптотецин дээр үндэслэсэн хорт хавдрын эсрэг эмүүд нь энэхүү ковалент нэмэлтийн бүтээгдэхүүнийг тогтворжуулж, топоизомеразагийн улмаас үүссэн эвдрэлийг "нөхөхөөс" сэргийлж, улмаар хавдрын эс үхдэг. Гэсэн хэдий ч Tdp1 нь энэхүү тогтворжилтыг "арилгах" чадвартай тул энэ ферментийн дарангуйлагчийг хэрэглэх нь хавдрын эсрэг үндсэн эмчилгээний үр нөлөөг нэмэгдүүлэх боломжийг олгоно.

Энэ ажлыг бид Н.Н.Ворожцовын нэрэмжит SB RAS-ийн Новосибирскийн Органик химийн хүрээлэнгийн физиологийн идэвхт бодисын лабораториуд (доктор Н.Ф. Салахутдинов удирддаг), түүнчлэн докторын зэрэг хамгаалсан бүлэгтэй хамтран гүйцэтгэж байна. SB RAS-ийн Цитологи, генетикийн хүрээлэнгийн Н.А.Попова. Залгагдсан хавдартай лабораторийн амьтдад хийсэн туршилтанд хамгийн үр дүнтэй дарангуйлагчийг хэрэглэсний үр дүнд үндсэн хавдрыг мэдэгдэхүйц (50% хүртэл) бууруулж, үсэрхийлэл бараг бүрэн арилах боломжтой болсон. Одоо бид энэхүү ирээдүйтэй хорт хавдрын эсрэг эмийн эмнэлзүйн туршилт явуулах санхүүжилт авахаар оролдож байна.

Мэдээжийн хэрэг, CRISPR/Cas9 системийг ашиглан геномын засварлах зэрэг маш чухал чиглэлийг тэмдэглэх нь зүйтэй бөгөөд үүний тусламжтайгаар та өвчин үүсэх үүрэгтэй генийг өөрөө "унтрааж" чадна. Шинжлэх ухааны энэ дэвшилтэт дэвшлээс бид хоцорч байгаа бол Европ, АНУ-д олон арилжааны пүүсүүд аль хэдийн бий болсон бөгөөд эдгээр технологийг зорилтот генийн хүссэн мутацийг бий болгоход ашигладаг. Гэсэн хэдий ч энэ аргын үр нөлөөг дээшлүүлэх судалгаа, хөгжүүлэлтийн хүчин чармайлтыг үргэлжлүүлэх нь зайлшгүй чухал юм.

StrAU "Синтетик биологи"-ийн хүрээнд бид энэ чиглэлээр NSU-тай, ялангуяа биологийн шинжлэх ухааны докторын удирддаг геномын технологийн лабораторитой хамтран ажиллах болно. Д.О.Жарков. Шинжлэх ухааны докторын шийдвэрлэх асуудлуудын нэг. Н.А. Кузнецов, геномын засварлах энэхүү систем дэх уургийн цогцолборын үйл ажиллагааны нарийвчилсан кинетикийг судлахтай холбоотой юм. Өөрөөр хэлбэл, термодинамик горимд ДНХ-ийн бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс CRISPR/Cas9 цогцолборыг хэрхэн угсарч байгааг судлах шаардлагатай байна. Энэ нь үнэхээр анхдагч ажил байх болно, учир нь орчин үеийн ертөнцөд тэд үйл явцын онцлогоос илүү эцсийн үр дүнд илүү их анхаарал хандуулдаг бөгөөд энэ нь механизмыг ойлгох нь практик технологийг сайжруулахад тусалдаг тул буруу юм.

CRISPR/Cas9 бол судалгаа шинжилгээний болон мэдээжийн хэрэг эмнэлгийн зориулалтаар ашиглах маш сайн хэрэгсэл юм. Үүний зэрэгцээ үр дүн нь үргэлж хоёрдмол утгатай биш, ядаж бүх өвчний хувьд биш гэдгийг мэдэж байх хэрэгтэй. Жишээлбэл, нэгээс олон ген нь хорт хавдар үүсэхэд нөлөөлдөг тул ийм тохиолдолд бухын нүдийг цохих нь тийм ч хялбар биш юм. Шинэ арга бүр гарч ирэхэд энэ нь зөвхөн урам зоригтой хариу үйлдэл үзүүлдэг боловч үүнийг ашиглах тусам дутагдал илчлэгддэг. Тиймээс түүний суурь механизмыг ойлгох нь илүүц байх болно.

Жишээлбэл, Cas9 уургийн үйл ажиллагааны үр дүн болох "засварлах" үйл явцын явцад ДНХ-ийн хэлхээний эвдрэлийг бидний ажилладаг засварын системээр "нөхөх" боломжтой. Дашрамд хэлэхэд, ДНХ-ийн аливаа эвдрэлийг бидний эрчимтэй судалж буй PARP1-ээр маш үр дүнтэйгээр хүлээн зөвшөөрдөг. Энэхүү фермент нь ДНХ-ийн давхар хэлхээний эвдрэлийн "засвар" системийг зохицуулахад оролцож, гомолог бус ба гомолог рекомбинацын үйл явцын харьцаанд нөлөөлдөг тул зорилтот генийг өөрчлөх үйл явцад нөлөөлж чаддаг. Тиймээс орчин үеийн синтетик биологид ийм том үүрэг гүйцэтгэдэг геном засварлах системийн үр ашгийг дээшлүүлэхэд засварын системийн судалгаа маш чухал юм.

Корреспондент гишүүн RAS, химийн шинжлэх ухааны доктор О.И.Лаврик

Уран зохиол

Власов В.В., Жарков Д.О., Пышный Д.В. // ШИНЖЛЭХ УХААН. 2014. No 3-4. хуудас 84-91.

Kupryushkin M. S., Pyshny D. V., Stetsenko D. A. Фосфорилгуанидинууд. Нуклейн хүчлийн аналогийн шинэ анги // Acta Naturae. 2014. T. 6. No 4(23). хуудас 53-55.

Немудри А.А., Валетдинова К.Р., Медведев С.П., Закиян С.М. Геномын засварлах систем TALEN ба CRISPR/Cas - нээлт хийх хэрэгсэл // Acta Naturae. 2014. T. 6. No 3. P. 20-42.

Pyshny D.V., Stetsenko D.A. Фосфорилгуанидинууд - нуклейн хүчлийн шинэ химийн аналогууд. // Шинжлэх ухаан. 2014. No 5. P. 6-9.

Ширяева А.А., Северинов К.В. CRISPR/Cas бактери ба археагийн систем. Прокариотуудын дасан зохицох дархлааны тогтолцооны бүрэлдэхүүн хэсгүүд хэрхэн геномыг өөрчлөх, эпигеномыг судлах, генийн транскрипцийг хянах бүх нийтийн, үр дүнтэй хэрэгсэл болсон бэ? / Ген ба геномыг засварлах. Эд. С.М.Закиян, С.П.Медведев, Е.В.Дементьева, В.В.Власов Новосибирск: SB RAS хэвлэлийн газар, 2016. хуудас 133-169.

Баррангу Р., Доудна Ж.А. CRISPR технологиудыг судалгаа болон бусад салбарт ашиглах нь // Нат. Биотехнологи. 2016. V. 34. N. 9. P. 933-941.