Eine kürzliche Ankündigung, dass Wissenschaftler versuchen werden, den gesamten genetischen Code einer Person von Grund auf neu zu erstellen, lässt viele fragen, welche Vorteile diese Technologie bietet.
Es ist wie Science-Fiction.
Starten Sie Ihren Computer. Wählen Sie die gewünschten Eigenschaften aus - möglicherweise braune Augen oder musikalische Fähigkeiten oder Krebsresistenz.
Und drücken Sie Start.
Eine Maschine in Ihrem Labor beginnt dann, die chemischen Bausteine der DNA zusammenzusetzen.
Am Ende haben Sie den gesamten genetischen Code - oder das Genom -, der erforderlich ist, um einen Menschen zu erstellen, der genau Ihren Spezifikationen entspricht.
Dieses Szenario ist derzeit nicht möglich, aber eine Gruppe von Wissenschaftlern hofft, es innerhalb von 10 Jahren Wirklichkeit werden zu lassen - oder zumindest technisch machbar.
Einige Kritiker befürchten, dass diese Technologie zu Designerbabys oder genetischen Übermenschen führen könnte.
Aber die Gruppe von Forschern sagt, dass ihre Pläne weniger fantastisch sind, obwohl sie sich für das Gebiet der Gentechnik genauso ändern.
Das menschliche Genom besteht aus vier chemischen Untereinheiten - Nukleotiden -, die den genetischen Code unserer DNA und Gene bilden.
Die spezifische Reihenfolge der Nukleotide bestimmt, wie unser Körper aussieht und funktioniert - obwohl sich auch die Umweltbedingungen auswirken.
Variationen im genetischen Code können zu Krankheiten wie Tay-Sachs-Krankheit, Mukoviszidose und sogar Farbenblindheit führen. Eine Veränderung dieser Teile des Genoms könnte diese Krankheiten heilen.
Wissenschaftler haben bereits die Möglichkeit, DNA-Segmente aus den Nukleotiden zu synthetisieren oder zu „schreiben“.
Dies wurde mit Bakterien, Viren und durchgeführt. Hefe . Und noch kürzere Stücke menschlicher DNA.
Aber nicht schnell genug oder billig genug, um die 3 Milliarden Basenpaare zu synthetisieren, aus denen das gesamte menschliche Genom besteht.
Die Forscher hoffen, dass das neue Projekt dem „Schreiben“ von DNA den gleichen technologischen Schub verleiht wie das Humangenomprojekt zum „Lesen“ unserer genetischen Struktur.
„Das Hauptziel von HGP-write ist es, die Kosten für das Engineering und Testen großer 0,1 bis 100 Milliarden Basenpaare Genome in Zelllinien innerhalb von 10 Jahren um das 1000-fache zu senken“, schrieb die Gruppe am 2. Juni in der Zeitschrift Wissenschaft .
Dies würde nicht nur das menschliche Genom einschließen, sondern auch andere Organismen, die für die Landwirtschaft, die öffentliche Gesundheit und medizinische Anwendungen wichtig sind.
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Eine der Herausforderungen bei der Umsetzung dieses Projekts besteht darin, das fertige Genom oder einen Teil des Genoms in eine Wirtszelle zu bringen. Dieser Wirt kann eine Säugetierzelle oder ein anderer Organismus wie die Bakterien sein. E. coli .
Das Erstellen eines Genoms von Grund auf unterscheidet sich stark vom Ändern eines vorhandenen Genoms - etwas, das jetzt mit Technologien wie CRISPR / Cas9 .
Wissenschaftler müssen das Genom so gestalten, dass die Zelle normal funktioniert. Dies kann durch die Verwendung von Computersoftware unterstützt werden. Einer der Hauptakteure des Projekts ist das Computer-Software-Unternehmen Autodesk.
Aber was noch wichtiger ist, es erfordert ein besseres Verständnis dessen, was jeder Abschnitt des Genoms tut, und Wissenschaftler fangen gerade erst an, die Oberfläche zu kratzen.
Die Gruppe hofft jedoch, dass ein „Learning by Building“ -Ansatz ihnen dabei hilft, Fortschritte in diesem Bereich zu erzielen.
„Sie kennen alle Teile, die [zur Herstellung eines Chromosoms] benötigt werden, also nehmen Sie diese Teile und bauen sie wieder auf. Wenn sie funktionsfähig sind, sehen Sie, dass Sie Recht hatten“, so Dr. Torsten Waldminghaus, synthetischer Mikrobiologe amDas LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie in Deutschland, das nicht an dem Projekt beteiligt ist, teilte mit Wissenschaftsnachrichten .
Wie schon beim ersten Humangenomprojekt müssen auf dem Weg neue Technologien entwickelt werden, um den Schreibprozess zu beschleunigen und ihn billiger zu machen.
Die Forscher würden zunächst kleinere Segmente des Genoms schreiben und bis zu längeren Stücken arbeiten. Dies wird letztendlich Spillover-Vorteile haben.
„Materielle Produkte folgen zunächst möglicherweise nur langsam, aber durch billigeres und umfangreiches Schreiben von DNA werden Forscher effizienter und umfassender in ihrer Arbeit, was zu einem praktisch unbegrenzten Potenzial für indirekte Produkte führt“, so Danielle Tullman Ercek, Ph.D.., ein Biochemiker an der University of California in Berkeley, sagte Scientific American .
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Mögliche Anwendungen, die aus diesem Projekt hervorgehen könnten, reichen von relativ normal bis ethisch fragwürdig.
Eines dieser Pilotprojekte ist die Schaffung von „ultrasicheren“ Zellen, die gegen Viren und Krebs resistent sind.
Diese können in Form von Stammzellen vorliegen. Diese werden bereits als Therapie für Erkrankungen wie rheumatoide Arthritis und Lungenerkrankungen getestet.
Stammzellen behandeln Krankheiten, weil sie sich schnell vermehren können. Dies ist jedoch auch ein Merkmal von Krebszellen. Eine der anhaltenden Bedenken hinsichtlich der Stammzelltherapie besteht darin, dass die Stammzellen krebsartig werden.
Dies könnte vermieden werden, indem Stammzellen mit einem synthetischen Genom entworfen werden, das weniger wahrscheinlich mutiert und Krebs verursacht.
"Eine synthetische Biologie-Variante, die so codiert ist, dass sie niemals krebsartig wird, wäre vorzuziehen", sagte Paul Freemont, Ph.D., Leiter der Abteilung für Strukturbiologie am Imperial College London neuer Wissenschaftler .
Ein synthetisches Genom könnte auch verwendet werden, um das Genom eines anderen Tieres zu verändern. Organe eines „humanisierten“ Schweins könnten besser für die Transplantation in Menschen geeignet sein - weniger wahrscheinlich vom Immunsystem der Person abgestoßen.
Ein Pilotprojekt fordert sogar die Erstellung eines „Referenzgenoms“, das die häufigsten Varianten aller Gene enthält.
Dies könnte verwendet werden, um Genvariationen einzeln zu testen, um festzustellen, wie sie die Funktion des Körpers oder die Entwicklung einer Krankheit beeinflussen.
"Sie könnten diese leere Tafel, diesen einfachen Joghurt der Menschheit, verwenden, um die verschiedenen Gene einzufügen und herauszufinden", sagte George Church, Ph.D., Professor für Genetik an der Harvard University, gegenüber New Scientist.
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Die Gruppe hofft, ihr Projekt später in diesem Jahr mit 100 Millionen US-Dollar aus „öffentlichen, privaten, philanthropischen, industriellen und akademischen Quellen aus der ganzen Welt“ starten zu können.
Dr. Francis S. Collins, Ph.D., Direktor der National Institutes of Health NIH, sagte, das NIH, eine der größten Finanzierungsagenturen in den Vereinigten Staaten, habe keine Pläne, diese Art von Projekt bei zu finanzierendiesmal.
In a Aussage Collins sagte, dass das NIH „die Zeit nicht für richtig gehalten hat, um ein produktionsorientiertes Großprojekt wie das vorgeschlagene zu finanzieren“.
Die Gesamtkosten für das 10-Jahres-Projekt werden wahrscheinlich enorm sein, aber die Gruppe erwartet, dass es weniger als die 3 Milliarden US-Dollar kostet, die für das erste Humangenomprojekt ausgegeben werden.
Einige Forscher sagten Natur dass das Projekt die Bemühungen, die bereits in Unternehmen durchgeführt werden, die in diesem Bereich tätig sind, unnötig zentralisiert hat.
Andere Kritiker fragen, ob die angegebenen Vorteile der Gruppe die Kosten rechtfertigen.
„Ich denke, die Entwicklung der Werkzeuge zur Herstellung großer genetischer Sequenzen ist ein wichtiges menschliches Ziel. Die Schaffung eines völlig neuen [menschlichen] Genoms - das ist eine andere Art von Projekt“, so Laurie Zoloth, Ph.D., Bioethikerin an der Northwestern University, sagte Wissenschaft.
Um die Befürchtungen zu zerstreuen, dass Wissenschaftler eine neue Rasse von Übermenschen schaffen könnten, sagte der Co-Leiter der Gruppe gegenüber Scientific American, dass Zellen, die ein synthetisches Genom enthalten, so entworfen würden, dass sie, wenn man jemals zu einem vollen Menschen heranwächst, dies nicht tun würdenreproduzieren können.
„Wir versuchen nicht, eine Armee von Klonen zu bilden oder eine neue Ära der Eugenik einzuleiten“, sagte Dr. Jef Boeke, synthetischer Biologe am NYU Langone Medical Center, gegenüber Scientific American. „Das ist nicht der Plan. ”
