211service.com
Biologisk teleporter kan så liv gjennom galaksen
Den første biologiske teleporteren sitter i et laboratorium på det nedre nivået av San Diego-bygningen som huser Synthetic Genomics Inc. (SGI), og ser ut som en superstor utstyrsvogn.
Enheten er faktisk et konglomerasjon av små maskiner og laboratorieroboter, koblet til hverandre for å danne en stor maskin. Men denne kan gjøre noe uten sidestykke: den kan bruke overført digital kode for å skrive ut virus.
I en serie eksperimenter som kulminerte i fjor, brukte SGI-forskere genetiske instruksjoner sendt til enheten fra andre steder i bygningen for automatisk å produsere DNA fra det vanlige influensaviruset. De produserte også en funksjonell bakteriofag, et virus som infiserer bakterieceller.
Selv om det ikke var første gang noen laget et virus fra DNA-deler, var det første gang det ble gjort automatisk, uten menneskelige hender.
Enheten, kalt en digital-til-biologisk omformer, ble avduket i mai. Selv om det fortsatt er en prototype, kan instrumenter som det en dag kringkaste biologisk informasjon fra steder for et sykdomsutbrudd til vaksineprodusenter, eller skrive ut personlig tilpassede medisiner på forespørsel ved pasientenes sengekanter.
Vi har drømt, i omtrent et tiår, om evnen til å fakse livsformer, sier Juan Enriquez, en leder i Excel Ventures, et venturekapitalfirma som har investert i SGI, som forestiller seg en ny industriell revolusjon med den digital-biologiske omformeren som bomullsginen.
Craig Venter, den frafalne biologen som grunnla Synthetic Genomics i 2005, men som ikke lenger tar en daglig rolle i aktivitetene deres, har sagt at han til og med tror det vil være mulig å overføre livsformer mellom planeter.
Han har snakket med Elon Musk om det, sier Dan Gibson, SGIs visepresident for DNA-teknologi.
Influensavirus
I motsetning til Venter, kjent for skryt og store vitenskapelige planer, er Gibson undervurdert, selv om den også er kjent blant biologer for Gibson Assembly, en reaksjon som forener små biter av laboratorielaget DNA til mye større gener.
SGIs BioXP 3200 , en kommersiell DNA-skriver, utgjør hjertet av digital-til-biologisk omformer . Når Gibson, som sitter på kontoret sitt, sender en melding til omformeren, begynner den arbeidet med forhåndslastede kjemikalier. Han kunne like gjerne sende en slik melding fra hvor som helst.
I slutten av mai avslørte Gibsons team hvordan de hadde brukt enheten til å lage DNA, RNA, proteiner og virus på en automatisert måte fra digitalt overførte DNA-sekvenser uten menneskelig innblanding.
Arbeidet med omformeren begynte rundt 2013, da SGI og Novartis, legemiddelprodusenten, kjørte en test for å se om de kunne bruke data fra influensautbrudd til veldig raskt å konstruere frøvirus, som vaksiner er laget av.
Sjansen deres kom i mars samme år da kinesiske myndigheter rapporterte H7N9-influensainfeksjoner og la ut feilens DNA-sekvensdata på nettet. (H og N i influensatypene refererer til hemagglutinin og neuraminidase, proteiner på det ytre skallet av virus som kan gjenkjennes av menneskets immunsystem.) Det var påskedag, husker Gibson, da jeg fikk en e-post med H7N9-fuglen. influensa forårsaket en del skrekk i Kina. Så vi var veldig raskt i stand til å få DNA-sekvensen.
To dager senere, uten direkte tilgang til noen prøver, bare de digitaliserte sekvensene, hadde SGI syntetisert H- og N-genene på Gibsons DNA-skriver. Disse DNA-trådene ble sendt til Novartis, som brukte dem til å generere viruslagre som inneholdt den nye genetiske informasjonen - den typen som brukes i vaksineproduksjon. Gibson sier at det var da ideen om digital-til-biologisk omformer ble virkelig. Jeg sa 'Kan vi ikke integrere alt i én boks? minnes han.
Gibson håper å gjøre enheten til en lønnsom virksomhet. Tenk deg, sier han, at Centers for Disease Control and Prevention i Atlanta avdekker de genetiske instruksjonene for et antistoff mot en sykdom som ebola som truer med å skape en epidemi. Den koden kunne streames digitalt til omformere på alle sykehus rundt om i verden for å begynne å lage motgiften. Det er noe jeg tror kommer til å skje, ikke i lang fremtid.
Feilproblemer
Selv om muligheten til å programmere livet og få det til å vises på forskjellige steder er oppsiktsvekkende, er det fortsatt diskutabelt hvor nyttig biologisk teleportering vil være. Det er viktig å lage en liten mengde frøviruslager, men det er bare ett trinn i å produsere nok vaksine for et helt land. De svekkede virusene som går inn i influensasprøyter, må vanligvis dyrkes med billioner av kyllingegg – en nøye planlagt prosess som tar et halvt år.
Og DNA-trådene laget av SGIs omformer lider fortsatt av feil eller tilfeldige mutasjoner. Denne mutasjonsraten ville være uakseptabel høy hvis du prøver å lage ... vaksiner eller legemidler, sa virolog David Evans ved University of Alberta i en e-post. FDA ville ha en ku.
Likevel sier Evans at selv om det ikke er mye nytt i et bestemt trinn, er det ganske imponerende å sette dem alle sammen for å få funksjonelt DNA til å komme ut i bakenden … Løs feilproblemet og du vil ha en enhet alle vil ha.
Gibson sier at han angriper feilfrekvensproblemet og prøver også å krympe omformeren til en håndterlig størrelse. Akkurat nå tar den nå omtrent samme plass som en Fiat 500-bil.
Panspermi
SGI har ikke trykket liv ennå - de fleste biologer ser ikke på et virus som levende. Men de kan komme dit. I 2016 annonserte SGI opprettelsen av en minimal celle, en bakterie med det minste genomet noensinne og som kan fungere som en slags blank kassett for å akseptere nye genetiske instruksjoner. Gibson sier at siden minimalcellen er den enkleste livsformen, kan det være logisk å prøve å skrive ut en.
Noen av SGIs støttespillere, inkludert Venter, antyder at den ultimate jobben for en livsskriver ville være å sende liv frem og tilbake mellom planeter. I ett scenario kan en sekvenseringsmaskin sendes til Mars for å få den genetiske koden til alle livsformer, eller nær-livsformer, som finnes der.
Disse dataene kan overføres til en jordbundet omformer, som ville rekonstruere det fremmede livet, kanskje i et høysikkerhetslaboratorium. Et SGI-team tilbrakte tid med NASA-forskere i det karrige Mojave-ørkenen i 2013 testing av aspekter ved teorien. Vi lastet opp en forskningslabbuss med alt vi trengte, isolerte noen prøver og sekvenserte dem, sier Gibson.
Å sende livsdata ut i verdensrommet kan være enda mer interessant. I følge en teori om hvordan liv oppsto på jorden, kjent som panspermia, ble det båret hit på en meteor eller komet. Å sende biologiske omformere ut i verdensrommet kan være menneskehetens måte å gi tilbake tjenesten, sier Enriquez, og så liv andre steder.
Jeg [ønsker] å gjøre noe utenom denne verden, å sende en av disse tingene til Mars og skrive ut drivstoff, eller skrive ut deler av en atmosfære, eller næringsstoffer, sier han.
Dette inviterer til spørsmålet om hvilken livsform, eller hvilken genetisk sekvens, som ville være først å gå. Venter brukte berømt (og i hemmelighet) sitt eget DNA som grunnlag for den første menneskelige genomsekvensen til en individuell person, publisert i 2003.
På spørsmål om Venter nå hadde tenkt å reprodusere genomet sitt på en annen planet, sa både Gibson og Enriquez det samme: Ingen kommentar.