Xenobiologie

De xenobiologie is een tak van synthetische biologie, die de studie van de synthese en manipulatie van hulpmiddelen en biologische systemen. De term komt van het Griekse woord Xenos fusie met het zelfstandig naamwoord biologie. Zo beschrijft XB een vorm van biologie die niet vertrouwd wetenschap en niet in de natuur. In de praktijk beschrijft nieuwe biologische en biochemische systemen die verschillen van de canonieke systeem DNA-RNA-20 aminozuren. Bijvoorbeeld, in plaats van DNA of RNA, XB onderzoekt de mogelijkheid om analogen van nucleïnezuren, nucleïnezuren gedefinieerd Xenon als informatiedragers. De XB richt zich ook op de uitbreiding van de genetische code en de inbouw van niet-proteïnogene aminozuren in eiwitten.

Verschillen tussen vreemdelingenhaat, exo en astronomen

Astro betekent "ster" en het Griekse woord exo betekent "buiten". Beide l'esobiologia dat l'astrobiologia betrokken bij de zoektocht naar het leven in het heelal evolueerde natuurlijk vooral op planeten zich in de bewoonbare zone rond sterren. Astrobiologen zijn daarom geïnteresseerd in de detectie en analyse van vormen van leven elders in het heelal, terwijl de xenobiologie proberen om levensvormen te ontwerpen met een andere biochemische of genetische code anders op de planeet Aarde.

Doel van xenobiologie

  • De xenobiologie heeft het potentieel om belangrijke informatie over de biologie en de oorsprong van het leven onthullen. Om beter inzicht in de oorsprong van het leven, moet je weten voor het leven is blijkbaar geëvolueerd door middel van een vroege RNA-wereld aan het DNA-RNA-eiwit-systeem en de universele genetische code. Het was een "ongeluk" of er beperkingen die andere soorten chemicaliën uitgesloten? Testen "oersoep" met chemische alternatieven, verwachten we beter inzicht in de principes die aanleiding gaven tot leven zoals wij dat kennen.
  • De xenobiologie beoogt industriële productie ontwikkelen van nieuwe mogelijkheden via, bijvoorbeeld, een verbetering van de techniek biopolymeren en resistentie tegen pathogenen. De genetische code coderen in alle organismen canonische 20 aminozuren die worden gebruikt voor de biosynthese van eiwitten. In zeldzame gevallen kunnen speciale aminozuren zoals selenocysteïne, selenomethionine pyrrolysine of worden opgenomen door het apparaat translationele eiwit in sommige organismen. Gebruik van additionele aminozuren van de meer dan 700 bekende biochemie, kan het vermogen van het proteïne worden gemodificeerd resulteert in efficiëntere materialen of katalytische functies. Het project wordt gefinancierd door de EG Metacode Metacode, bijvoorbeeld gericht op functionele groepen nuttig zijn voor de reactie van olefinemetathese in de eiwitten van de bacteriële cellen te nemen. Een andere reden waarom de XB productieprocessen kunnen verbeteren bestaat de mogelijkheid om de kans op besmetting door virussen of bacteriofagen in gewassen aangezien de "xeno-cellen 'niet langer geschikt zijn gastheren voor deze infectieuze agentia.
  • De xenobiologie biedt de mogelijkheid om een ​​'genetische firewall', dat is een nieuw systeem van biocontainment die kunnen bijdragen aan de versterking en diversificatie van de benadering van bio-stromen te ontwerpen. Een zorg van genetische manipulatie en biotechnologie traditionele, in feite, is horizontale genoverdracht voor het milieu en de potentiële risico zou hebben op de menselijke gezondheid. XB is een belangrijke gedachte bij het ontwerpen van alternatieve biochemische en genetische codes zodat horizontale genoverdracht niet meer mogelijk. Ook biochemie alternatief maakt het ook mogelijk de introductie van nieuwe synthetische auxotrofie. Het idee is om een ​​biologisch systeem orthogonaal die onverenigbaar is met de natuurlijke genetische systemen creëren.

Wetenschappelijke benadering

In xenobiologie, het doel is het ontwerpen en bouwen van biologische systemen die verschilt van hun natuurlijke tegenhangers op één of meer basisniveaus. Idealiter deze nieuwe organismen in de natuur zou anders in alle mogelijke aspecten biochemische vertonen een heel andere genetische code. De lange termijn doel is een cel die de genetische informatie opslaat geen DNA bouwen, maar in een polymeer informatieve alternatief bestaat uit nucleïnezuren xenon, verschillende basenparen, met niet-canonieke aminozuren en een veranderde genetische code. Tot dusver hebben zij opgebouwd cellen die op één of twee van deze eigenschappen kunnen opnemen.

Nucleïnezuren Xeno

Oorspronkelijk dit onderzoek naar alternatieve DNA werd gedreven door de vraag hoe het leven geëvolueerd op aarde en omdat RNA en DNA werden geselecteerd door evolutie andere mogelijke structuren van nucleïnezuren. Systematische experimentele studies tot spreiding van de chemische structuur van nucleïnezuren resulteerde in de ontdekking van geheel nieuwe biopolymeren informatie. Tot nu toe waren sintezzati verschillende XNAs nieuwe skeletten of chemische redenen uitgaande DNA, bijvoorbeeld acid esonucleico, threose nucleïnezuur, zuur gliconucleico nucleïnezuur cyclohexenyl. De opname van een XNA in een plasmide, waarbij insertie van 3 codons HNA, reeds bereikt in 2003 XNA wordt gebruikt in vivo als een matrijs voor de synthese van DNA. Deze studie, met een genetische cassette binaire en twee bases niet in DNA, is uitgebreid eten, terwijl GNA nog veel te laag vreemd aan het natuurlijke biologische systeem wordt gebruikt als een matrijs voor DNA-synthese te zijn. Bases grotere ingebracht in een skelet van natuurlijk DNA, kunnen evenzo worden getranscribeerd in natuurlijk DNA, zij het met lagere efficiëntie.

Het uitbreiden van de genetische alfabet

Terwijl XNA's hebben een skelet gewijzigd, andere experimenten gericht op het vervangen of uitbreiden van de genetische DNA met basenparen onnatuurlijk. Zo was het de bedoeling een DNA dat naast de vier standaard basen, twee nieuwe bases, P en Z -2-pyridon, en P staat voor 2-amino-8-1,3,5-triazine-4 imidazobenzodiazepine ). In één studie werden Leconte et al l'applicabilità van 60 basen kandidaten voor mogelijke opname in DNA getest potentieel identificeren 3.600 baseparen.

Nieuwe Polymerase

Noch een XNA noch de onnatuurlijke bases zijn over het algemeen erkend door de polymerase natuurlijk. Een grote uitdaging is om uit te vinden of het creëren van nieuwe vormen van polymerasen die in staat zijn deze synthetische constructies repliceren zijn. In één geval een gemodificeerde variant van de HIV reverse transcriptase kunnen amplificeren door middel van PCR een oligonucleotide dat een base paar derde tipo.Pinheiro et al door ronden van mutagenese en screening is, hebben zij een polymerase die opslag- en ontwikkeld herstel van genetische informatie uit zes alternatieve genetische polymeren op basis van eenvoudige architecturen nucleïnezuur niet in de natuur.

Techniek van de genetische code

Een van de doelstellingen van xenobiologie is de universele genetische code herschrijven. De meest veelbelovende aanpak voor het wijzigen van de code is de herverdeling van de codons zelden gebruikt of zelfs ongebruikt. In het ideale geval zou de genetische code worden uitgebreid met een codon, die is losgesneden van de oude functie volledig verplaatst naar een niet-canonieke aminozuren. De werkwijzen die de expansie van de genetische code tot doel hebben het voordeel van niet-canonieke aminozuren en dus nieuwe chemische functionaliteiten voegen in een specifieke site van een eiwit, maar ze over het algemeen omslachtig te implementeren. Naast een eenvoudigere aanpak het gewoonlijk wordt toegepast. In dat geval bacteriën auxotrofen specifieke aminozuren, op een punt van het experiment, gevoed met isostructureel analogen in plaats van de canonieke aminozuren waarvan auxotroof. In een dergelijke situatie worden de aminozuurresiduen van de natieve eiwitten kanonnen vervangen numerieke NCAAs. Zelfs de toevoeging van meer NCAAs verschillend in hetzelfde eiwit mogelijk. Tenslotte, de canonieke repertoire van 20 aminozuren kan worden niet alleen uitgebreid, maar ook gereduceerd tot 19. verplaatsen De koppeloverdrachtsstelsel RNA / aminoacyl-tRNA synthetase, kan de specificiteit van het codon worden veranderd. Cellen met deze aminoacyl-tRNA synthetase zijn daardoor in staat om mRNA-sequenties die geen steek houden voor bestaande machines van genexpressie te lezen. Door het veranderen van het codon pair: tRNA synthetase in vivo kan leiden tot het opnemen van niet-canonieke aminozuren in eiwitten. In het verleden, de herverdeling van codons mogelijk was voornamelijk op beperkte schaal. In 2013 echter Farren Isaacs en George Church van Harvard University hebben gemeld de vervanging van 314 stopcodons TAG aanwezig zijn in het genoom van E. coli met synoniem codon TAA, waaruit blijkt dat massieve substituties kunnen worden gecombineerd om stammen hoger zonder resulteert in letale effecten. Na het succes van dit grote vervanging van codons op de genomische niveau, hebben de auteurs de herprogrammering van 13 codons zin in 42 genen essentieel bereikt.

Een nog meer radicale verandering in de genetische code is de verandering van een triplet codon naar een vierling codon, of zelfs vijven, ervaren door Sisido in celvrije systemen en Schultz in bacteriën. Ten slotte kunnen niet-natuurlijke basenparen worden gebruikt om nieuwe aminozuren introduceren in proteïnen.

Gerichte evolutie

Het doel van DNA te vervangen door XNA is te bereiken via een andere route, namelijk door engineering van het milieu in plaats van genetische modules. Deze aanpak is succesvol gedemonstreerd door Marliere en Mutzel de productie van een stam van E. coli waarvan het DNA is samengesteld uit de standaard nucleotiden A, C en G, maar dat in plaats van thymine heeft zijn synthetisch analoog 5-clorouracile in posities overeenkomen met de sequentie. Deze cellen derhalve afhankelijk van een externe suppletie van 5-clorouracile voor groei, maar verder ze verschijnen en zich gedragen als normale cellen van E. coli. Deze benadering levert dus twee firewalls in elke interactie met andere bacteriën, omdat de stam auxotrofico voor een chemisch niet- natuurlijk en bevat een vorm van DNA die niet kan worden ontcijferd door andere organismen.

Bioveiligheid

Xenobiologici systemen moet overbrengen loodrecht op natuurlijke biologische systemen. Een organisme dat XNA, basenparen en verschillende polymerase gebruikt en een genetische code veranderde nauwelijks in staat zijn met de natuurlijke levensvormen op genetisch niveau. Zo deze organismen vormen een enclave xenobiologici die geen genetische informatie uitwisselen met de natuurlijke cellen. De wijziging van de genetische machinerie van de cel leidt tot een beperking semantische. In analogie with'elaborazione informatie in IT, is dit de veiligheid concept genaamd "genetische firewall". Het begrip genetische firewall lijkt een aantal beperkingen van systemen van voorgaande veiligheid te overwinnen. In 2013 werd een eerste experimentele bewijs van het theoretische begrip genetische firewall bereikt met de bouw van een organisme genomisch gehercodeerd. In dit GRO alle stopcodons UAG bekend in E. coli zijn vervangen door codons UAA; Dit heeft de onderdrukking van de release factor 1 en de herplaatsing van de vertaling functie van het codon UAG. De GRO heeft een grotere weerstand tegen de bacteriofaag T7 vertoonde, hetgeen aantoont dat alternatieve genetische codes verlagen genetische compatibiliteit. GRO Dit is echter nog sterk op de natuurlijke "vader" en niet als een genetische firewall worden beschouwd. De mogelijkheid om de functie van een groot aantal trio toewijzen opent het vooruitzicht stammen die XNA combineren basenparen nieuwe, nieuwe genetische codes etc. dat kan geen gegevens uitwisselen met de biologische wereld natuurlijk. Terwijl een firewall genetische mechanismen insluiting semantische nieuwe organismen kunnen implementeren, synthetische biochemische systemen moeten nog worden onderzocht op de aanwezigheid van nieuwe toxines en xenobiotica.

Governance en regelgeving

De xenobiologie zou het wettelijk kader te testen, aangezien de huidige wetgeving en richtlijnen te maken hebben met ggo's en niet direct chemisch of genomisch gemodificeerde organismen te vermelden. Gezien het feit dat organismen xenobiologici authentiek niet verwacht in de komende jaren, beleidsmakers hebben een beetje 'van de tijd voor te bereiden op een dreigende uitdaging van de overheid. Sinds 2012 politieke adviseurs in de Verenigde Staten, vier nationale comités inzake bioveiligheid in Europa, en de Europese Organisatie voor Moleculaire Biologie zij de kwestie als een opkomende probleem van bestuur hebben overwogen.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha