ביולוגיה סינתטית: היסטוריה, מה היא חוקרת, יישומים - ביולוגיה - 2025

ביולוגיה סינתטית היא משמעת המתמקדת בייצור מערכות ביולוגיות שאינן הטבע עצמו. לכן, מטרתם אינה לשלב מידע גנטי מאורגניזמים קיימים, אלא ליצור צורות חיים מלאכותיות באופן חלקי או מוחלט.

בעקבות הגדרה זו ניתן לבטא כי עניין זה של סינתזה הוא טכניקת ייצור חומרית אשר מבוססת על חדשנות באמצעות חקר תהליכים מולקולריים מורכבים.

באמצעות DNA הביולוגיה הסינתטית מבקשת לחבר מיקרואורגניזמים הניתנים לתכנות או גנום ממוחשב. מקורות: pixabay.com

כמו כן, נוח להדגיש כי ביולוגיה סינתטית מאופיינת בכך שהיא יישום בינתחומי, מכיוון ששיטת המחקר שלה מבוססת על ביולוגיה והנדסה של מערכות ביולוגיות.

בניגוד להנדסה ביולוגית, שמטרתה לתכנת מחדש ולשנות חומר גנטי כרצונם על מנת לייצר מין של מכונות חיות, המומחיות הזו מבקשת למצוא דרך אחרת לחשוב, להתבונן ולהציע את התפתחות האורגניזם האנושי והחברתי.

באופן דומה, הביולוגיה הסינתטית גם מרחיקה את עצמה מהביוטכנולוגיה המסורתית, שכן בעוד שהאחרונה מבקשת לתמרן ולשנות מידע על חומצות דיוקסיריבונוקלאיות (DNA), הראשונה מתמקדת בהלחנת מיקרואורגניזמים הניתנים לתכנות או גנום מחשב.

לפיכך, ניתן לומר כי לדיסציפלינה זו יש יכולת להתערב במטבוליזם ולפתח מוצרים תעשייתיים. בנוסף, בעתיד תוכלו לפתח פרויקט שיסייע לעצירת שינויי האקלים ולהפחתת התלות בדלקים מאובנים.

הִיסטוֹרִיָה

לידתה של ביולוגיה סינתטית כוללת שני אירועים מהותיים; הראשון בוצע באמצע המאה העשרים כאשר קבוצה של סטודנטים להנדסה גנטית הצליחה לתפעל את חיידקי הקולי של Escherichia.

המטרה הייתה שהתלמידים יקבלו את הידע החיוני כיצד לתכנת מחדש bacillus. עם זאת, בסופו של דבר הם גילו כי זני E. coli יכולים להחליף תאים שהתקבלו מבעלי חיים או מגוויות בעת עריכת ניסוי

בזכות פעילות זו של התערבות ושינוי של מערכת אורגנית, צץ תחום מחקר נוסף, אותו כינו ביולוגיה סינתטית. תחום זה השיג רלוונטיות רבה יותר בשנות ה -60, לאחר המחקרים שערכו ז'אק ל. מונוד (1910-1976) ופרנסואה ג'ייקוב (1920-2013), וזה היה האירוע השני בחשיבותו לביולוגיה סינתטית.

תרומתם של מדענים אלה הייתה לחשוף את הבסיסים להסדרת המסר הגנטי. כלומר, הם חשפו את תוכן הגנום ואת הטכניקה לפענוח מידע כאמור על מנת לתכנן באמצעות הנתונים שנחשפו דגמים חדשים של רשתות סלולריות.

התקדמות זו הובילה את צמיחת הביולוגיה הסינתטית, מכיוון שהיא נתנה לה את הכלים לתכנות, לתאר ולקיים אינטראקציה עם חומר גנטי.

לביולוגיה סינתטית כלים המאפשרים תכנות, שינוי ותיאור של חומר גנטי. מקור: pixabay.com

מקור השם

ביולוגיה סינתטית, המכונה גם "SynBio" לפי ראשי תיבות שלה באנגלית, היא תחום מתעורר. עם זאת, זה התגלה כנושא לימוד בסוף המאה העשרים.

מאז, מחקר על תפקודים מולקולריים נמצא בתהליך מתמיד הן בארצות הברית והן באירופה; אך מעבר לעיקרון המדעי שלה, נוח להדגיש שמקור המומחיות אינו זהה לזה של השם.

הסיבה לכך היא כי המונח ביולוגיה סינתטית שימש לראשונה בשנת 1912. סיווג זה שימש את Stéphane Leduc (1853-1939) כדי להתייחס לעבודותיו על המנגנונים הפיזיים והכימיים של החיים.

המונחים שימשו על ידי הביולוג הצרפתי כדי לתאר כיצד מערכת טבע יכולה להתקיים בכפיפה אחת עם תהליכים מלאכותיים. מסיבה זו, עשרות שנים אחר כך, מדענים פנו לשם כדי לציין ענף ספציפי לביולוגיה והנדסה גנטית.

מה לומד (מושא הלימוד)

מטרת המחקר העיקרית של יישום מדעי זה היא פירוק המעגלים הביולוגיים השונים המרכיבים חומצה deoxyribonucleic (DNA). המטרה היא לבחון את הרצף והקידוד של כל גן על מנת להיות מאוחר יותר לחקות את התנהגותם.

לאחר שינוי תפקוד החומר הגנטי, המומחים מתמסרים לייצור ותכנות של אורגניזמים לא טבעיים התורמים לשיפור איכות החיים של אנשים.

במובן זה, תפקידם של החוקרים לטשטש את הגבולות המבדילים מערכות חיים מאוטומטים; מסיבה זו הם מנסים למצוא כלי לגידולים בגידול השממה כדי לבחון את ההשערות שלהם.

יישומים

הביולוגיה הסינתטית לא רק מתכוונת לקשר בין טבעיים לתהליכים מלאכותיים, אלא גם מבקשת להשתתף במגזרי המציאות הרבים כמו טכנולוגי, חקלאי, תעשייתי ואנרגיה.

עם זאת, כדאי להדגיש שמדובר בתחומי משמע בבנייה, וזו הסיבה שהיישומים שלה משתנים באופן רציף. כמה מהווריאנטים החשובים ביותר הם:

סמים חכמים

זה מורכב מייצור תרופות שהמרכיבים החיוניים שלהם הם מיקרואורגניזמים. כדי שפרויקט זה יעבוד יש צורך להכיל את החומר הגנטי. בדרך זו ניתן להתאים אישית את התרופות, בהתאם לצרכים של כל אחד ואחד.

טיפול גנטי

יישום זה מאופיין בייצור וירוסים שישולבו ברקמות כך שישולבו בגנום של החולים. התוצאה הצפויה של ניסוי זה היא כי זיהום מכני יזהה ויהרס את כל התאים הלא תקינים.

מושגים עיקריים

היסוד לתחום מדעי זה אינו להרוס את מערכות החיסון על ידי שילוב אורגניזמים סינתטיים במחקרים ביולוגיים, אלא הוא מבקש לחשוב מחדש על מבנה רשתות הסלולר דרך הגנום.

לכן, ביולוגיה סינתטית - בנוסף לעיצוב מערכות ביו-מולקולריות - מפרשת מחדש את ההתנהגות הגנטית להבנת תהליכי החיים. מכאן ששני המושגים העיקריים של המומחיות נחשבים לכלים טכנולוגיים. אלו הם:

מעגל גנטי

זהו כלי המורכב מקבוצת גנים או מחשבים זעירים, המבצעים את משימת ויסות חילוף החומרים. מיקרואורגניזמים אלה נועדו להפחית את הנזק שנגרם על ידי חיידקי E. coli.

גנום מינימלי

זהו האלמנט הבסיסי בו מדענים משתמשים בעת עיצוב תאים אוטומטיים. הסיבה לכך היא שאורגניזמים מלאכותיים בנויים כשאפשר לזהות את התצורה המינימלית של החומר הביולוגי, וזה חיוני מכיוון שהוא מכיל את המידע שנוגד את ההגנות המשמעותיות של הבאסילי.

הפניות

1. בנר, ש '(2009). עיצוב מחדש של גנטיקה. הוחזר ב -4 באוקטובר 2019 מ- Nature: nature.com
2. דה לורנצו, ו '(2007). ביולוגיה והנדסה גנטית. הוחזר ב -4 באוקטובר 2019 מהאקדמיה המלכותית למדעים מדויקים, פיזיים וטבעיים: rac.es
3. Endy, D. (2012). עיצוב ביולוגיה. הוחזר ב -5 באוקטובר 2019 מאוניברסיטת ברצלונה: ub.edu
4. פברר, ד (2004). ביולוגיה סינתטית: מיקרובים המיוצרים לפי הזמנה. הוחזר ב -4 באוקטובר 2019 מ- Science: sciencemag.org
5. Isaacs, F. (2012). הביולוגיה הסינתטית מתפתחת. הוחזר ב -5 באוקטובר 2019 מהפקולטה לביולוגיה: bg.ac.rs
6. מורונג, א '(2015). מהפכה חדשה? יסודות המדע. הוחזר ב -5 באוקטובר 2019 מאוניברסיטת סימון בוליבר: usb.ve