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Spiel Gottes: Künstliche Organismen

So etwas wie ein Teaser. Xenomorphs existieren. Wissenschaftler erzeugen Xenomorphe. Wissenschaftler erstellen aus Sicherheitsgründen Xenomorphe. Ich bin selbst schockiert. Unter dem Strich mehr darüber (und das wird übrigens offiziell offiziell als Xenobiologie bezeichnet) und viel mehr als das, was moderne Biologen tun. Nicht alles, was Sie über COVID-19 lesen müssen!

Dies ist der erste Teil eines Textes, der auf einer Podcast-Episode über künstliche Organismen basiert .



Gepostet von Malcolm Lightbody

Dies ist eine der Folgen meines Podcasts. Einen Artikel über die Burnout-Episode finden Sie hier .

Wir sprachen mit Masha Shutova vom 4biocapital Venture Capital Fund , Inna Zucher aus Oxford und Sergey Nurk vom National Human Genome Research Institute.

Lass es Biolumineszenz geben


Im Kontext künstlicher Organismen sind leuchtende Objekte das erste, was einem Amateur in den Sinn kommt. Ich erinnere mich sofort an die leuchtend grünen Mäuse oder das Startup , das lumineszierende Zimmerpflanzen erzeugt. Jeder, der zum ersten Mal in seinem Leben von leuchtenden Kakteen, Mäusen und Schweinen hört, beginnt sofort, die Frage zu quälen: „Warum machen Wissenschaftler das?“


Quelle

Eines der besten Beispiele für die Vorteile dieser Art von Forschung ist eine schöne Entdeckung, die (im wahrsten Sinne des Wortes) Aufschluss über die Erkennung und Behandlung von Darmkrebs gibt. Wissenschaftler haben gepostetin Darmzellen ein genetisches Konstrukt, das aus vier Genen bestand, die nacheinander miteinander verbunden waren und in verschiedenen Farben leuchteten. Ferner wurden diese Gene in zufälliger Reihenfolge gemischt und am Ausgang hatten wir eine bestimmte Anzahl von Zellen, die in verschiedenen Farben leuchteten. Dann gaben sie ihnen, erwachsen zu werden, und ihre "Kinder" erbten die entsprechende Farbe. Das Ergebnis war ein sehr schönes Bild, das zeigt, wo die „Eltern“ Zellen sind und wo die „Kinder“ Zellen sind. Mit dieser Methode kann gezeigt werden, bei welchen Zellen Krebs mit hoher Wahrscheinlichkeit auftritt.

Apropos grüne Mäuse, es gibt eine interessante Tatsache. Jetzt gibt es viele Blumen, mit denen Sie Proteine ​​"hervorheben" können, aber eine der ersten sind grüne Eichhörnchen aus Quallen. Die Idee, sie für ein solches "Highlight" zu verwenden, wurde patentiertin Russland können sie also als unser Nationalstolz angesehen werden.


Quelle

Im Jahr 2006 wurden an der Nationalen Universität von Taiwan leuchtend grüne Ferkel gezüchtet, indem ein Gen dieser Proteine ​​in die DNA-Kette eines Embryos eingeführt und in die Gebärmutter eines weiblichen Schweins implantiert wurde. Zu diesem Zeitpunkt gab es bereits grüne Schweine, bei denen jedoch nur eine teilweise Fluoreszenz beobachtet wurde. Tiere, die nach dem Experiment unter Anleitung von Professor Wu Shin-ji erhalten wurden, wurden die einzigen Schweine auf der Welt, deren grünes Herz und innere Organe grün waren. Wie im ersten Fall werden diese Experimente von Wissenschaftlern als die Möglichkeit der visuellen Beobachtung der Gewebeentwicklung während der Stammzelltransplantation angesehen.


Leuchtende Schweine auf dem Hintergrund eines gewöhnlichen Schweins

Die Fähigkeit, visuell zu überwachen, was mit Zellen eines bestimmten Typs geschieht, wird von Forschern, die sich mit Regeneration befassen, immer noch aktiv genutzt. Zum Beispiel sägt ein Wissenschaftler die Flossen einiger unglücklicher Fische ab und beobachtet dann, wie diese Flossen nachwachsen. Für solche Studien werden fluoreszierende Proteine ​​sehr aktiv eingesetzt. Das Genom des Fisches ist so verändert, dass Sie mit dem Leuchtprotein verfolgen können, wie die Vermehrung von Zellen eines bestimmten Typs auf der wiederhergestellten Flosse erfolgt.

Sie können auch Biosensoren herstellen, die auf diesen leuchtenden Proteinen basieren: Fügen Sie sie in das Bakterium ein und lassen Sie es beginnen, das Protein im Austausch gegen einen bestimmten externen Stimulus zu exprimieren. Ein cooles Beispiel für die Anwendung dieser Technologie - Forschungdie versuchen, einen Biosensor zum Nachweis von Zerfallsprodukten von Sprengstoffen herzustellen. So können Sie beispielsweise Minen erkennen, die noch nicht geräumt wurden.

Am Anfang gab es ein Wort, und das Wort stammte von Nukleotiden


Gehen wir von künstlichen Organismen, die wir mit bloßem Auge sehen, zu künstlichen Organismen über, die mit bloßem Auge nicht wahrgenommen werden können, aber nicht weniger nützlich sind. Zum Beispiel gibt es in der Zellbiologie und insbesondere in der Zelltherapie der Zukunft eine andere Richtung: Sie können nicht nur einige Zellen ersetzen, die dem Körper fehlen, sondern diese Zellen auch dazu bringen, etwas zu produzieren, das für uns wichtig und interessant ist Zum Beispiel das gleiche Insulin. Jetzt gibt es viele Studien in diese Richtung, aber bisher kommt keine von ihnen zu ihrer logischen Schlussfolgerung. Ideen wie „Lassen Sie uns Zellen herstellen, die als Reaktion auf Glukose Insulin freisetzen und so Menschen mit Typ-1-Diabetes helfen“ klingen regelmäßig.

Im Allgemeinen gibt es jetzt eine ganz eigene Forschungslinie, die sich mit der Entstehung künstlicher Mikroorganismen befasst. Es gibt eine solche Person, Craig Venter, er hat eine Institution, Craig Venter. In den letzten zwanzig Jahren haben Wissenschaftler dieses Instituts versucht, ein Bakterium mit einem minimalen Satz von Genen zu erzeugen. Sie nahmen ein Bakterium namens Mycoplasma. Dies ist ein parasitäres Bakterium, das anfangs nicht sehr viele Gene hat, ungefähr tausend. Zum Vergleich: E. coli hat fast fünftausend. Also nahmen sie eine Art von Mykoplasmen, entfernten die DNA daraus und platzierten dort das künstlich synthetisierte Chromosom einer anderen Art von Mykoplasmen. So wurde gezeigt, dass man aus einem Mykoplasma ein anderes machen kann. Es war ihr synthetischer Organismus Nummer eins . Kolonien dieses Organismus Nummer eins



Dieser resultierende synthetische Organismus Nummer eins hatte immer noch irgendwie zu viele Gene. Also beschlossen die Forscher, alles Unnötige zu entfernen. Zuerst beschlossen sie, sich zu setzen und herauszufinden, was „wichtig“ ist und was weggeworfen werden kann. Wir haben versucht, die Rolle eines rationalen Schöpfers des Lebens zu übernehmen. Versucht, versucht, aber es gelang ihnen nicht. Craig Venter war furchtbar überrascht, gab jedoch zu, dass der Stand der modernen Wissenschaft nicht fortschrittlich genug ist, um sich einfach hinzusetzen und etwas zu schaffen, das von Grund auf neu lebt. Danach gaben sie die Idee einer solchen „vernünftigen“ Schaffung des Lebens auf und gingen den anderen Weg. Wir haben uns entschlossen, einen Organismus mit einem minimalen Satz von Genen durch Aufzählung zu erhalten. Entwerfen von Experimenten am Venter Institute



Venter und seine Kameraden beschlossen, mit brutaler Gewalt einen Organismus mit einem minimalen Satz von Genen zu bekommen. Sie nahmen diese neunhundert Gene ihres Körpers Nummer eins, begannen, sie in kleinen Bündeln zusammenzusetzen, sie in Bakterien zu schieben und zu sehen, ohne welche Gene Bakterien sterben. Nach einigen Operationen, nachdem sie Hunderte von Kombinationen getestet hatten, konnten sie einen Organismus erzeugen, in dem sich ungefähr vierhundert Gene befanden. Es war in der Tat ein lebender, sich teilender, kolonisierender Organismus, in dem es weniger Gene gibt als in jedem natürlichen Organismus. Obwohl hier verstanden werden muss, dass es sich um ein sehr einfaches parasitäres Bakterium handelt, lebt es nicht frei. Ein künstlicher Organismus mit einem minimalen Satz von Genen, der sich teilen kann, auch bekannt als Organismus Nummer drei



Der Einfachheit halber wurde dieser resultierende minimale Organismus als Organismus Nummer drei bezeichnet, da Organismus Nummer zwei eine Art Zwischenstadium war. Tatsächlich ist die natürliche Umgebung oder „Natur“ ein Brute-Force-Mechanismus, der darauf hinausläuft, dass sich Sterbende - Sterbende und Überlebende - teilen und vermehren. Der zuverlässigste Weg, um mit synthetischen Organismen zu experimentieren, besteht nun darin, dass eine Wissenschaftlerin der Natur etwas füttert, ihr Abwechslung verleiht und dann auswählt, was funktioniert.

In ähnlicher Weise experimentieren sie nicht nur mit Bakterien, sondern beispielsweise auch mit Viren. Es gibt Adeno-assoziierte Viren, die sehr aktiv zur Abgabe von Gentherapie eingesetzt werden. Es gibt viele Adeno-assoziierte Viren in der Natur, aber eine der Eigenschaften, die für die Therapie wichtig sind, ist, wo sie in den menschlichen Körper gelangen. Es gibt Viren, die in der Leber „stecken bleiben“, es gibt solche, die die Blut-Hirn-Schranke passieren und in das Gehirn gelangen können, und es gibt solche, die sich in der Lunge ansiedeln. Dies ist ein wichtiger Parameter, da Wissenschaftler und Ärzte die Therapie gezielter gestalten können.

Vorübergehend sichtbar und für immer unsichtbar


Einerseits sollte die Erkenntnis, dass wir das Genom fast aller Mikroorganismen jetzt leicht von Grund auf neu synthetisieren können, etwas beängstigend sein. Beispielsweise ist das Genom des Erregers von Anthrax im Prinzip gemeinfrei. Gleichzeitig können Sie es nicht eilig haben, da wir in der Lage sind, die DNA in ihrer ursprünglichen Form für eine lange Zeit gut zu erhalten und die Sequenz im Prinzip wiederherzustellen: Die Hauptsache ist, genügend DNA einzufrieren.

Andererseits eröffnet die synthetische Biologie neue Möglichkeiten für die Wiederherstellung ausgestorbener Arten. Zum Beispiel versuchen George Church und seine Gruppe , ein neues Mammut zu bauenvon einem Elefanten, der die entsprechenden DNA-Abschnitte mutiert. Hwang Woo Suk, ein koreanischer Wissenschaftler mit einem äußerst kontroversen Ruf, arbeitete mit Wissenschaftlern aus Jakutien zusammen und versuchte, ein Mammut direkt aus DNA-Rückständen herzustellen. Es gibt sogar eine Dokumentation darüber . Überall auf der Welt gibt es Projekte zur Wiederherstellung der pleistozänen Megafauna . Es gibt so einen pleistozänen Park in Russland. Solche Parks warten mit offenen Armen auf das Mammut, sie sagen: "Gib das Mammut endlich!" Rahmen aus dem Dokumentarfilm Genesis 2.0



Vor dem Hintergrund der Entwicklung der modernen Biologie wandelt sich auch der Kampf um den Artenschutz. Es hat sich eine ganze Richtung (Naturschutzbiologie) herausgebildet, in der Wissenschaftler darum kämpfen, dass eine genetische Sicherung bei gefährdeten Arten auftritt. Es gibt eine Reihe von Projekten zur Sequenzierung der Genomsequenz für Arten, die vom Aussterben bedroht sind und kurz davor stehen, unseren Planeten zu verlassen.

Nach seinem eigenen Bild


Es gibt einen Standardsatz von Ribonukleotiden und Desoxyribonukleotiden, der alle Lebewesen in der Natur codiert. Allerdings ist es nicht notwendig , zu begrenzen , sich zu ihnen . Wenn Wissenschaftler einen alternativen Satz von Nukleotiden verwenden und daraus einen künstlichen Organismus erzeugen, kann dieses Ding auf keine natürliche Weise sicher erhalten werden. Diese Forschungsrichtung nennt man Xenobiologie. Quelle. "In vier Milliarden Jahren blüht in Eden ein neuer Xenobiologie-Baum."



Es ist wichtig zu verstehen, dass dies nicht nur ein müßiges Interesse ist. Xenobiologie hat mehrere wichtige und sehr verständliche Anwendungen. Wenn wir zum Beispiel einen so seltsamen Organismus erschaffen, der einen anderen Satz von Nukleotiden in seiner DNA verwendet, ist dieser Organismus beispielsweise keinen natürlichen Viren ausgesetzt. Andererseits verschwindet die Gefahr, dass Teile dieser künstlichen Organismen irgendwie in andere Zellen gelangen können, die um uns herum leben. Das heißt, solche "Xenomorphe" können die Umwelt nicht negativ beeinflussen.

Bisher war es nicht möglich, solche künstlichen Organismen zu erzeugen, aber es laufen Experimente in diese Richtung, und es gibt keine unüberwindlichen Einschränkungen. Es gibt zwanzig Aminosäuren in der Natur, und jede Aminosäure wird durch einen Satz von drei Buchstaben codiert. Es gibt nur vierundsechzig Kombinationen, aber jeder ist beschäftigt, und jede Kombination bedeutet etwas in einer lebenden Zelle. Wenn wir diesen vier Buchstaben noch ein paar Buchstaben hinzufügen, erweitert sich der genetische Code bemerkenswert. Wir erhalten viele neue Codons, mit denen beispielsweise Proteine ​​mit allen möglichen ungewöhnlichen Aminosäuren versetzt werden können. Um diese zusätzlichen Nukleotide hinzuzufügen, muss man dem Bakterium zwar nicht nur beibringen, diese Nukleotide zu synthetisieren, und all dies in die DNA einfügen. Es ist auch notwendig, die Maschinerie der Proteinsynthese hinzuzufügen, die diese Codons erkennt, und einige andere Änderungen vorzunehmen.Bisher beginnen Wissenschaftler erst, in diese Richtung zu arbeiten, aber die Aussichten hier scheinen nur durch die Vorstellungskraft des Forschers begrenzt zu sein.

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