Xenobiology

Den Xenobiology er en gren af ​​syntetisk biologi, som er studiet af syntesen og manipulation af enheder og biologiske systemer. Udtrykket stammer fra det græske ord Xenos fusion med navneordet biologi. På denne måde XB beskriver en form for biologi, der ikke er bekendt for videnskab og ikke findes i naturen. I praksis beskriver det nye biologiske og biokemiske systemer, der adskiller sig fra de kanoniske systemet DNA-RNA-20 aminosyrer. For eksempel, i stedet for DNA eller RNA, XB udforsker muligheden for at anvende analoger af nukleinsyrer, Nucleic Acids defineret Xenon, som bærere af information. Den XB fokuserer også på en udvidelse af den genetiske kode og indarbejdelse af ikke-proteinogene aminosyrer i proteiner.

Forskelle mellem fremmedfjendske, exo og astronomer

Astro betyder "stjerne", og det græske ord exo betyder "udenfor". Både l'esobiologia at l'astrobiologia involveret i søgningen efter liv i universet udviklet sig naturligt, især på planeter der ligger i den beboelige zone omkring stjerner. Astrobiologer er derfor interesseret i detektion og analyse af livsformer der findes andre steder i universet, mens xenobiology forsøge at designe former for liv med en anden biokemisk eller genetiske kode anderledes på planeten Jorden.

Formålet med xenobiology

  • Den Xenobiology har potentiale til at afsløre vigtige oplysninger om biologi og livets oprindelse. For bedre at forstå livets oprindelse, du behøver at vide for livet tilsyneladende udviklet sig gennem en tidlig RNA verden til DNA-RNA-protein-systemet og dets universelle genetiske kode. Det var en "ulykke", eller der var begrænsninger, udelukkede andre typer af kemikalier? Test "ursuppe", der indeholder kemiske alternativer, forventer vi til bedre at forstå de principper, der gav anledning til livet som vi kender det.
  • Den Xenobiology sigter mod at udvikle industrielle produktionssystemer med nye kapaciteter gennem for eksempel en forbedring af de tekniske biopolymerer og resistens over for patogener. Den genetiske kode koder i alle organismer kanoniske 20 aminosyrer, der anvendes til biosyntese af proteiner. I sjældne tilfælde kan særlige aminosyrer såsom selenocystein, selenomethionin pyrrolysin eller indarbejdes ved apparatet translationel protein i nogle organismer. Brug af yderligere aminosyrer blandt de mere end 700 kendt biokemi kan evnen af ​​proteinet modificeres for at resultere i mere effektive materialer eller katalytiske funktioner. Projektet er finansieret af EU Metacode Metacode, for eksempel, har til formål at inkorporere funktionelle grupper anvendelige for reaktionen af ​​olefinmetatese i proteiner af de bakterielle celler. En anden grund til, at XB kunne forbedre produktionsprocesser består i muligheden for at reducere risikoen for forurening med virus eller bakteriofager i afgrøder, da de "xeno-celler" ville ikke længere være egnede værter for disse smitstoffer.
  • Den Xenobiology giver mulighed for at designe en "genetisk firewall", der er et nyt system for biologisk indeslutning, der kan hjælpe med at styrke og diversificere de tilgange bio-strømninger. En bekymring af genteknologi og bioteknologi traditionelle, i virkeligheden, er horisontal genoverførsel til miljøet og de potentielle risici, det ville have på menneskers sundhed. XB er en vigtig idé i at designe alternative biokemiske og genetiske koder, så horisontal genoverførsel er ikke længere muligt. Også biokemi alternativ giver også indførelsen af ​​nye syntetiske auxotrofie. Ideen er at skabe et biologisk system retvinklede der er uforenelig med de naturlige genetiske systemer.

Videnskabelige tilgang

I Xenobiology, målet er at designe og bygge biologiske systemer, der adskiller sig fra deres naturlige modstykker på en eller flere grundlæggende niveauer. Ideelt set ville disse nye organismer i naturen være anderledes på alle mulige aspekter biokemiske udviser en meget anderledes genetiske kode. Det langsigtede mål er at bygge en celle, der lagrer den genetiske information ikke i DNA, men i en polymer informativ alternativ består af nukleinsyrer xenon, forskellige basepar, under anvendelse af ikke-kanoniske aminosyrer og en ændret genetiske kode. Indtil videre har de været bygget celler, der inkorporerer kun en eller to af disse egenskaber.

Nucleinsyrer Xeno

Oprindeligt denne forskning i alternative former for DNA blev drevet af spørgsmålet om, hvordan livet har udviklet sig på jorden, og fordi RNA og DNA blev udvalgt af udvikling over andre mulige strukturer af nukleinsyrer. Systematiske eksperimentelle undersøgelser med henblik på at diversificere den kemiske struktur af nukleinsyrer resulterede i opdagelsen af ​​helt nye biopolymerer oplysninger. Hidtil var sintezzati forskellige XNAs med nye skeletter eller kemiske årsager udgående DNA, for eksempel: syre esonucleico, threose nukleinsyre, syre gliconucleico, nukleinsyre cyclohexenyl. Indarbejdelsen af ​​et XNA i et plasmid, der involverer indsættelse af 3 codoner HNA, er allerede blevet gennemført i 2003. Denne XNA bruges in vivo som en skabelon for syntesen af ​​DNA. Denne undersøgelse, ved hjælp af en genetisk kassette binær og to baser ikke er til stede i DNA, er blevet udvidet til middag, mens GNA stadig synes at være for fremmed for den naturlige biologiske system, som skal anvendes som en template for DNA-syntese. Baser større indsat i et skelet af naturlige DNA, kan ligeledes transkriberes i naturligt DNA, men med lavere effektivitet.

Udvidelse af genetiske alfabet

Mens XNAs har et skelet ændret, andre eksperimenter der sigter mod at erstatte eller udvide af den genetiske DNA med basepar unaturlige. For eksempel blev det designet et DNA, som, foruden de fire standard baser, to nye baser, P og Z -2-pyridon, og P står for 2-amino-8-1,3,5-triazin-imidazobenzodiazepingruppen 4 ). I en undersøgelse, har Leconte et al testet l'applicabilità på 60 baser kandidater til eventuel inkorporering i DNA, identificere potentielt 3600 basepar.

Ny Polymerase

Hverken en XNA eller de unaturlige baser er generelt anerkendt af polymerase naturlige. En stor udfordring er at finde eller skabe nye typer af polymeraser, der er i stand til at replikere disse syntetiske konstruktioner. I et tilfælde en modificeret variant af HIV revers transkriptase har kunnet amplificere ved hjælp af PCR et oligonukleotid indeholdende en base par tredje tipo.Pinheiro et al, gennem runder mutagenese og screening, har de udviklet en polymerase, som tillader opbevaring og genvinding af genetisk information fra seks alternative genetiske polymerer baseret på enkle arkitekturer nukleinsyre ikke findes i naturen.

Engineering af den genetiske kode

Et af formålene med xenobiology er at omskrive den universelle genetiske kode. Den mest lovende metode til at ændre koden er omfordelingen af ​​codons sjældent anvendes eller endda ubrugte. I en ideel situation vil den genetiske kode udvides med et kodon, der er blevet frigjort fra den gamle funktion er fuldstændig flyttet til en ikke-kanonisk aminosyre. De metoder, der sigter en udvidelse af den genetiske kode har den fordel at indsætte ikke-kanoniske aminosyrer, og derfor nye kemiske funktionaliteter, i et bestemt sted for et protein, men de er generelt besværlige at gennemføre. Sideløbende en enklere tilgang det er almindeligt anvendt. I så fald bakterier auxotrofe for specifikke aminosyrer, på et tidspunkt af eksperimentet, fodres med isostrukturelt analoger i stedet for de kanoniske aminosyrer som er auxotrof. I en sådan situation, er aminosyreresterne af de native proteiner kanoner erstattet numeriske NCAAs. Selv optagelse af flere NCAAs forskellige i det samme protein er mulig. Endelig den kanoniske repertoire af 20 aminosyrer kan ikke kun udvidet, men også reduceret til 19. Omplacering overførsel drejningsmoment RNA / aminoacyl-tRNA-syntetase kan specificiteten af ​​codon ændres. Celler med disse aminoacyl-tRNA syntetase er derfor i stand til at læse mRNA-sekvenser, der ikke giver mening for eksisterende maskiner af genekspression. Ved at ændre codon par: tRNA-syntetase in vivo kan føre til inkorporering af ikke-kanoniske aminosyrer i proteiner. I fortiden, omfordeling af codon var muligt primært i begrænset omfang. I 2013 imidlertid Farren Isaacs og George Church of Harvard University har rapporteret udskiftning af alle 314 stopkodoner TAG stede i genomet af E. coli med synonyme kodoner TAA, hvilket viser, at massive substitutioner kan kombineres for stammer af højere uden at det medfører dødelige virkninger. Efter succesen med denne store udskiftning af codon på genomisk niveau, har forfatterne opnået den omprogrammering af 13 codoner mening i 42 gener væsentlige.

En endnu mere radikal ændring i den genetiske kode er ændringen af ​​et tripletkodon til en quadruplet codon, eller endda femmere, opleves af Sisido i cellefrie systemer og Schultz i bakterier. Endelig kan ikke-naturlige basepar anvendes til at indføre nye aminosyrer i proteiner.

Instrueret evolution

Målet med at erstatte DNA med XNA kan nås gennem en anden fremgangsmåde, nemlig ved ændring af miljøet i stedet for genetiske moduler. Denne fremgangsmåde er blevet demonstreret med succes ved Marliere og Mutzel med produktion af en stamme af E. coli hvis DNA er sammensat af de faste nukleotider A, C og G, men i stedet for thymin har sin syntetisk analog af 5-clorouracile i stillinger matcher sekvensen. Disse celler afhænger derfor på en ekstern tilskud af 5-clorouracile for vækst, men for resten de vises og opfører sig som normale celler af E. coli. Denne fremgangsmåde udgør derfor to firewalls i hver vekselvirkning med andre bakterier, idet stammen er auxotrofico for en kemisk ikke-naturlig og indeholder en form af DNA, der ikke kan dechifreres af andre organismer.

Biosikkerhed

Xenobiologici systemer er konstrueret til at overføre vinkelret på naturlige biologiske systemer. En organisme, der bruger XNA, basepar og anderledes polymerase og har en genetisk kode ændret næppe være i stand til at interagere med de naturlige former for liv på det genetiske niveau. På denne måde repræsenterer disse organismer en enklave xenobiologici, der ikke kan udveksle genetisk information med de naturlige celler. Modifikationen af ​​den genetiske maskineri af cellen fører til en indeslutning semantisk. Analogt with'elaborazione oplysninger i IT, er denne sikkerhed koncept kaldet "genetisk firewall". Begrebet genetisk firewall synes at overvinde en række begrænsninger af systemerne i forrige sikkerhed. En første eksperimentelle beviser af den teoretiske begreb genetisk firewall blev opnået i 2013 med opførelsen af ​​en organisme genomisk omkodet. I denne GRO alle stopkodoner UAG kendt i E. coli er blevet erstattet af kodoner ULA; Dette har gjort det muligt undertrykkelse af frigivelsen faktoren 1 og omplacering af oversættelsen funktion af codon UAG. GRO har udviste en større modstandsdygtighed over for bakteriofag T7, hvilket viser, at alternative genetiske koder reducere genetiske kompatibilitet. GRO Det er dog stadig meget lig sin naturlige "far" og kan ikke betragtes som en genetisk firewall. Evnen til at tildele funktionen af ​​et stort antal trillinger åbner udsigten til at have stammer, der kombinerer XNA, basepar nye, nye genetiske koder mv der ikke kan udveksle oplysninger med den biologiske verden naturlige. Mens en firewall genetiske mekanismer kunne implementere inddæmning semantiske nye organismer, har syntetiske biokemiske systemer endnu ikke evalueret for tilstedeværelsen af ​​nye giftstoffer og miljøfremmede stoffer.

Governance og lovgivningsmæssige spørgsmål

Den Xenobiology kunne teste de retlige rammer, eftersom de gældende love og direktiver har at gøre med GMO'er, og ikke nævner direkte kemisk eller genomisk modificerede organismer. I betragtning af at organismer autentisk xenobiologici ikke forventes i de kommende år, de politiske beslutningstagere har en smule "af tid til at forberede en forestående udfordring for regeringen. Siden 2012 politiske rådgivere i USA, fire nationale udvalg om biosikkerhed i Europa og Den Europæiske Organisation for Molekylær Biologi, de har overvejet spørgsmålet som en ny problem med regeringsførelse.

Forrige artikel Xverso
Næste artikel Xandria