211service.com
Schnell ein Genom von Grund auf erstellen
Eine schnelle DNA-Synthesetechnik wurde verwendet, um ein komplettes mitochondriales Genom von Grund auf neu zu synthetisieren. Die neue Methode wird von einem Start-up-Unternehmen namens Synthetic Genomics Vaccines verwendet, um Impfstoffe schnell herzustellen.
Genomhersteller: Daniel Gibson, Professor am J. Craig Venter Institute, entwickelt neue Wege, um DNA zusammenzufügen.
Die neue Technik ermöglicht es Biologen, schneller als zuvor große DNA-Stücke aus am Computer bearbeiteten Designs zusammenzusetzen. Forscher am J. Craig Venter Institut in Rockville, Maryland, nutzten die Methode, um das gesamte Genom einer Zellorganelle namens Mitochondrien herzustellen, ein Schritt, der zu Therapien für Stoffwechselerkrankungen führen könnte. Synthetic Genomics arbeitet mit dem Pharmariesen Novartis zusammen, um die Entwicklung von Grippeimpfstoffen mit diesem Ansatz zu beschleunigen.
Indem wir in der Lage sind, DNA schnell zu synthetisieren, können wir in 24 Stunden oder weniger einen neuen Impfimpfstoff gegen Influenza herstellen, sagt J. Craig Venter , Gründer und Präsident des Instituts. Die Herstellung eines neuen Grippeimpfstoffs dauert nun mehrere Monate.
Vor jeder Grippesaison überwachen Epidemiologen das sich schnell entwickelnde Grippevirus über einen Zeitraum von Monaten, und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) schätzt, welche drei Stämme sich am wahrscheinlichsten ausbreiten. Die WHO entwickelt dann abgeschwächte Versionen dieser Viren, und diese Saatgutbestände werden an Impfstoffhersteller verteilt, die den Impfstoff gegen abgeschwächte Viren in Hühnereiern inkubieren, ein Prozess, der 35 Tage dauert.
Forscher am J. Craig Venter Institute, geleitet von Institutsprofessor Daniel Gibson , haben eine Technik entwickelt, um DNA-Abschnitte im Größenbereich der viralen Genome zu synthetisieren. Mit dem richtigen Ausgangsmaterial ist der Prozess in wenigen Stunden erledigt.
Bei der Arbeit mit einer DNA-Sequenz, die in einer Computerdatei gespeichert ist, teilen die Forscher diese zunächst in überlappende Teile auf, die klein genug sind, um sie wirtschaftlich und schnell aus in Flaschen abgefüllten Chemikalien herzustellen. Dies geschieht mit einer Standardmaschine, die als DNA-Synthesizer bezeichnet wird. Mehrere DNA-Stränge werden dann mit einer Mischung von Enzymen gepoolt, die sie in etwa 15 Minuten zusammenfügt. Längere Stücke werden wieder miteinander verbunden und durch die gleiche Enzymmischung zu einer noch länger geordneten Sequenz zusammengefügt. Der Schlüssel, sagt Gibson, war, die richtige Kombination von drei Enzymen zu finden, um alle DNA-Fragmente zusammenzusetzen.
In diesem Frühjahr verwendete Gibsons Gruppe eine arbeitsintensivere Technik, um die erste synthetische Zelle herzustellen. Sie bearbeiteten ein Bakteriengenom am Computer, synthetisierten es mit Hilfe von Hefen und verpflanzten es dann in eine andere Bakterienart. Die Verwendung von Hefe zum Zusammenbau des Genoms dauert eine Weile, da die Hefe über Nacht wachsen muss, um DNA-Fragmente zusammenzufügen. Hefe wird immer noch benötigt, um etwas so groß wie ein ganzes Bakteriengenom zu machen, weil sie mit viel mehr DNA arbeiten kann als die Chemikalien, die in der neuen Methode verwendet werden.
Um kleinere Genome, auch von Impfstoffen, herzustellen, benötigen die Forscher des Venter-Instituts keine Hefe. Wenn sie bereits die kürzeren Ausgangsstücke der DNA hergestellt haben, sagt Gibson, können sie an einem einzigen Tag einen ganzen Impfstoff-Saatgutbestand oder das Genom einer Zellorganelle wie der Mitochondrien zusammenstellen. Genau das taten sie in der Arbeit, die in einem diese Woche in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel beschrieben wurde Naturmethoden .
Das Mitochondrium ist ein lebenswichtiger Bestandteil aller tierischen Zellen, spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel und besitzt ein eigenes Genom. Mitochondriale Erkrankungen können zu Taubheit, Diabetes, Muskelschwäche, Lernschwierigkeiten und vielen anderen Problemen führen. Durch die Verwendung der schnellen DNA-Synthese-Methode zur Untersuchung der Mitochondrien hoffen wir zu sehen, was diese Probleme auf genetischer Ebene verursacht, und zu sehen, ob wir sie beheben können, sagt Gibson.
In den nächsten drei Jahren, Impfstoffe für synthetische Genomik wird mit Novartis zusammenarbeiten, um diese Methoden zur Herstellung von Grippeimpfstoffvorräten einzusetzen. Novartis arbeitet an einer zellbasierten Impfstoff-Wachstumsmethode, um die Hühnereier zu ersetzen, die heute zum Züchten von Impfstoffen verwendet werden. Dies würde die Notwendigkeit beseitigen, die Viren für Vögel anzupassen, was die Zeit erhöht, und sollte im Allgemeinen schneller sein. Der Ansatz ist noch nicht von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zugelassen, aber die Studien laufen.
Venter sagt, dass die schnellere DNA-Synthesetechnik es auch ermöglichen könnte, mit sich noch schneller entwickelnden Krankheitserregern Schritt zu halten, die sich zu schnell verändern, als dass die konventionelle Impfstoffentwicklung mithalten könnte. Dazu gehören HIV, Malaria und Rhinovirus – eine der Ursachen der Erkältung.