Forradalmi áttörés a DNS-írásban
A Caltech kutatói most vadonatúj módszert fejlesztettek ki, amellyel rendkívül precízen és gyorsan lehet hosszú DNS-szekvenciákat összeállítani. Az eljárás, amely a Sidewinder nevet kapta, a DNS „oldalszámozását” teszi lehetővé: a rövid, mesterségesen előállított DNS-darabok (ún. oligonukleotidok vagy oligók) tetszőleges sorrendben, bármilyen hosszúságban összeállíthatók, akár egy gén vagy akár egy egész genom megalkotásáig el lehet jutni. Mivel ezek az oligók olcsók és könnyen beszerezhetők, most már korlátlan mennyiségben, bármilyen tetszőleges terv szerint felhasználhatók.
Ezáltal megszűnik a bioipari fejlesztéseket gátló fő akadály: a mérnöki precizitású biológiai anyagok és vegyületek gyorsan és olcsón előállíthatók, akár az élelmiszeriparban, akár orvosi kezelések (például személyre szabott vakcinák) kidolgozásánál.
A DNS „könyvének” megszületése
A Föld élővilágának sokszínűsége az evolúció során jött létre: ahogy az élőlények szaporodnak, az utódaik öröklik a szüleik DNS-ét, amely idővel hibák (mutációk) révén újdonságokkal bővül. Ezzel szemben az emberi beavatkozás — például mezőgazdasági szelekció — vagy az újkori biotechnológia már lehetővé tette, hogy teljesen új DNS-szekvenciákat alkossunk meg. Már a hetvenes években sikerült szintetikusan előállítani 10–100 bázispár hosszú DNS-darabokat, vagyis oligókat. Noha a szintézis néhány száz bázispárig terjedt, sok, hasznos fehérjét kódoló gén ennél nagyságrendekkel hosszabb. Az utóbbi negyven évben a rövid oligók ipari termelése például lehetővé tette a COVID–19 elleni mRNS-vakcinák fejlesztését, de önmagukban az oligók még nem tudtak egész génekké összeépülni tökéletes pontossággal.
Sidewinder: a DNS-regények kötőgépe
A Sidewinder technológia elérte, hogy a mesterséges biológusok néhány nap vagy akár csak pár óra alatt összeállíthassanak új géneket, sőt, akár teljes genomokat is. A módszer lényege, hogy minden egyes oligó egyedi „oldalszámot” kap, így csak a megfelelő helyre illeszkedhet — ahogy egy könyv oldalai sorrendben követik egymást. Ezek az oldalszámok 3-way junction (3WJ, hármas elágazási pont) segítségével kis „címkékként” lógnak ki a DNS-szálból, amelyek a munka végén egy lépésben eltávolíthatók, így végül egy tökéletes, megszakítás nélküli DNS-duplahélix marad. Ezáltal a DNS-összeállítás pontossága elképesztő: mindössze egymillióból egy esetben fordul elő hibás csatlakozás, ami nagyságrendekkel jobb minden eddigi próbálkozásnál — a korábbi eljárásoknál 10–30-ból egy esetben volt hiba.
Az MI és az új biogazdaság
A DNS-íráshoz kapcsolódó MI-algoritmusokkal most már bármit megtervezhetünk, amit a biológia elbír — és a Sidewinder segítségével ezt valósággá is formálhatjuk. Ez a technológia alapvetően változtathatja meg az orvoslást — például célzott rákvakcinák fejlesztésében —, a fenntarthatósági törekvéseket vagy akár a mezőgazdaságot. Emellett új utat nyit meg az élet mesterséges megtervezése felé: nem csupán az evolúció révén, hanem MI-vel, pontosan meghatározott biológiai funkciókkal rendelkező szervezeteket is létrehozhatunk.
A kutatócsoport tervezi, hogy tovább bővíti a technológia kapacitásait. Emellett a Sidewinder és az MI közvetlen összekapcsolását is kulcsfontosságúnak tartják: a jövőben bármilyen biológiai funkciót, amit az MI meg tud tervezni, a Sidewinderrel létre lehet hozni.
Finanszírozás, szabadalom és vállalkozás
A kutatást amerikai alapítványok és intézetek finanszírozták, a szabadalmaztatott eljárást pedig a Genyro nevű biotechnológiai cég — a feltaláló közreműködésével — viszi majd piacra.
Tudtad?
A DNS egy négybetűs „ábécét” használ: az adenin (A), timin (T), citozin (C) és guanin (G) alkotják. A és T, valamint C és G egymással párosodnak, és ezek a bázisok spirális, ikerszálú láncba rendeződnek. Egy gén szerkezetét és működését kizárólag e bázisok egyedi sorrendje határozza meg.
