दस हज़ार वर्षों से, मनुष्य ने भोजन प्राप्त करने के लिए पौधों को उगाया और उनमें हेरफेर किया है। यह सब सरल शुरू हुआ - सबसे तेजी से बढ़ते उच्च उपज वाले बीजों को सहेजना और चुनना सबसे बड़ी संख्या पोषक तत्त्ववगैरह। पारंपरिक प्रजनन के इस रूप ने अंततः संकर फसलों के विकास का नेतृत्व किया, जो एक ही जीनस और आमतौर पर एक ही प्रजाति की दो आनुवंशिक रूप से भिन्न रेखाओं को पार करके प्राप्त की गई थीं। पौधों में ये बदलाव थे जीन द्वारा सीमितपौधों में पहले से मौजूद होता है।

1970 और 1980 के दशक में जेनेटिक इंजीनियरिंग के आगमन के साथ सब कुछ नाटकीय रूप से बदल गया। विभिन्न साम्राज्यों की प्रजातियों के बीच भी प्रजातियों के बीच जीन के हस्तांतरण की अनुमति दी, और जब बैक्टीरिया की मदद से पौधों में अलग-अलग जीन डाले गए, तो जीवन के लिए पेटेंट पहली बार सामने आए। तब से, आनुवंशिक रूप से इंजीनियर जीवों को अक्सर आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव कहा जाता है (), अमेरिका में औद्योगिक कृषि की एक सर्वव्यापी विशेषता बन गई है और देश में लगभग 88% मकई, 94% सोयाबीन, 90% कैनोला, 90% कपास और 95% चुकंदर उगाए जाते हैं। इन संस्कृतियों सहित रासायनिक कंपनियों द्वारा विकसित और पेटेंट कराया गया है मोनसेंटोऔर बायर, उनकी संस्कृतियाँ विरोध करने में सक्षम हैं उच्च खुराकशाकनाशी या अपना खुद का कीटनाशक बनाएं।

सिंथेटिक बायोलॉजी - एक्सट्रीम जेनेटिक इंजीनियरिंग
21वीं सदी के दूसरे दशक में, हम इस बार और भी अधिक कठोर परिवर्तनों को देखने की संभावना रखते हैं, जो सिंथेटिक जीव विज्ञान के रूप में जाने जाने वाले तेजी से बढ़ते क्षेत्र के लिए धन्यवाद है। संश्लेषित जीव विज्ञानएक व्यापक शब्द है जिसका उपयोग नई जैव प्रौद्योगिकी के सहजीवन का वर्णन करने के लिए किया जाता है जो कि "पारंपरिक" जेनेटिक इंजीनियरिंग के साथ हासिल की जा सकती है। विभिन्न जीवों के बीच एक या दो जीनों को स्थानांतरित करने के बजाय, सिंथेटिक जीव विज्ञान आपको फिर से लिखने की अनुमति देता है जेनेटिक कोडएक कंप्यूटर पर, एक समय में सैकड़ों और हजारों डीएनए अनुक्रमों के साथ काम करना, और यहां तक ​​कि सब कुछ पुनर्व्यवस्थित करने का प्रयास करना जैविक प्रणाली. सिंथेटिक जीव विज्ञान तकनीक, पैमाने और नए और सिंथेटिक आनुवंशिक अनुक्रमों का उपयोग इसे जेनेटिक इंजीनियरिंग का एक अत्यंत चरम रूप बनाते हैं।

सिंथेटिक जीव विज्ञान एक उभरता हुआ लेकिन तेजी से है विकासशील क्षेत्रआज की वार्षिक बिक्री 1.6 अरब डॉलर से अधिक है और 2016 तक 10.8 अरब डॉलर तक बढ़ने की उम्मीद है। कई सबसे बड़े ऊर्जा, रसायन, वानिकी, फार्मास्युटिकल, खाद्य और कृषि व्यवसाय निगम सिंथेटिक जीव विज्ञान में निवेश कर रहे हैं, संयुक्त उद्यम बना रहे हैं और इनमें से कुछ उत्पाद पहले से ही हैं कॉस्मेटिक, भोजन और चिकित्सा उद्योगों तक पहुंच गया, अन्य लोग लाइन में हैं। अधिकांशजीएमओ की अगली लहर बनाने के लिए उनका ध्यान कृषि पर है, चलो उन्हें बुलाते हैं कृत्रिम रूप से संशोधित जीव (एसएमओ).

कृत्रिम संशोधित जीव
बायोटेक और रासायनिक दिग्गज मोनसेंटो ने हाल ही में कंपनी के साथ एक संयुक्त उद्यम की घोषणा की नीलम ऊर्जा, एक सिंथेटिक जैविक शैवाल कंपनी। मोनसेंटो शैवाल में रुचि रखता है क्योंकि पारंपरिक कृषि फसलों की तुलना में अधिकांश प्रकार के शैवाल दैनिक आधार पर प्राप्त किए जा सकते हैं, जो वर्ष में केवल एक या दो बार उगते हैं। मोनसेंटो शैवाल की विशेषताओं (विशेषताओं) को अलग करने की उम्मीद करता है, लेकिन पौधों की तुलना में बहुत तेज गति से, और फिर उन्हें फसलों में एकीकृत करता है। ऐसी प्रौद्योगिकियां हमारे खेतों में आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलों की क्षमता (और अधिक चरम) मात्रा में वृद्धि करेंगी।

क्रेग वेंटर, अग्रणी सिंथेटिक जीवविज्ञानी में से एक, जिन्होंने एक साधारण बकरी रोगज़नक़ के जीनोम से पहला सिंथेटिक (2010 में) बनाया है, ने एक नई कंपनी बनाई है अग्रदिसमें सिंथेटिक जीव विज्ञान के अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करने के लिए कृषि. अग्रादीस गतिविधियाँ "उच्च" फसलों के निर्माण और फसल वृद्धि और पौधों की सुरक्षा के बेहतर तरीकों पर केंद्रित हैं। कंपनी बनाने की योजना है अत्यधिक लाभदायक अरंडी की फलियाँ और मीठी ज्वारअज्ञात "जीनोमिक प्रौद्योगिकियों" के माध्यम से जैव ईंधन के उत्पादन के लिए।

सिंथेटिक जीव विज्ञान का उपयोग करके पौधों में प्रकाश संश्लेषण को "सुधारने" की भी योजना है। राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला के शोधकर्ता ( अंग्रेज़ी राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला) कोलोराडो में मानते हैं कि आधुनिक सिंथेटिक जीव विज्ञान और आनुवंशिक हेरफेर का उपयोग करके पौधों की संरचना को पुनर्व्यवस्थित करके प्रकाश संश्लेषण की दक्षता में सुधार किया जा सकता है। सिंथेटिक जीव विज्ञान का उपयोग करते हुए, ये इंजीनियर अमीनो एसिड की एक श्रृंखला से शुरू करके, पौधों की क्षमताओं का विस्तार करते हुए, पौधों को खरोंच से बनाने की उम्मीद करते हैं, जिसका अर्थ है कि पौधे अधिक रूपांतरित करने में सक्षम होंगे विस्तृत श्रृंखलाऊर्जा में प्रकाश, मौजूदा प्रकाश संश्लेषण की तुलना में।

कृषि में सिंथेटिक जीव विज्ञान के अन्य अनुप्रयोगों में खाद्य स्वाद, मसालों, नारियल का तेल, फ़ीड योजक, और यहां तक ​​कि सिंथेटिक जीन वाले आनुवंशिक रूप से संशोधित जानवर। खाद्य स्वाद सुरक्षित लग सकता है, लेकिन वास्तव में जोखिम का एक नया सेट पेश करता है - आर्थिक जोखिमकिसानों के लिए। इस प्राकृतिक बाजार का मूल्य $65 बिलियन सालाना है और वर्तमान में यह छोटे किसानों को खिलाता है, खासकर देशों में दक्षिणी गोलार्द्ध. अमेरिका और यूरोप में बायोटेक्नोलॉजी में इन उत्पादों के प्राकृतिक उत्पादन को सिंथेटिक बायोलॉजी से बदलने से गंभीर सामाजिक-आर्थिक परिणाम और यहां तक ​​कि छोटे किसानों में गरीबी भी बढ़ेगी।

सिंथेटिक जीव विज्ञान का खतरा
जबकि इनमें से कुछ विकास वादों की तरह लगते हैं, सिंथेटिक जीव विज्ञान भी है अंधेरा पहलू. यदि सीएमओ को जानबूझकर (उदाहरण के लिए, फसलों के रूप में) या अनजाने में (प्रयोगशाला से) पर्यावरण में छोड़ दिया जाता है, तो वे पारिस्थितिक तंत्र में गंभीर और अपरिवर्तनीय प्रभाव पैदा कर सकते हैं। सिंथेटिक जीव हमारे अगले आक्रामक जीव बन सकते हैं, एक पारिस्थितिक स्थान की तलाश कर सकते हैं, जंगली आबादी को बाहर निकाल सकते हैं और पूरे पारिस्थितिक तंत्र को बाधित कर सकते हैं। सीएमओ आनुवंशिक प्रदूषण को बढ़ावा देंगे, जैसा कि आमतौर पर जीएमओ के साथ होता है, और बनाते हैं सिंथेटिक आनुवंशिक प्रदूषणजिसे साफ या नष्ट नहीं किया जा सकता। मूल रूप से प्रकृति में मौजूद जीन के बजाय कंप्यूटर पर संश्लेषित जीन का उपयोग करना, मानव सुरक्षा और सीएमओ के नए स्रोत बनने की संभावना पर भी सवाल खड़ा करेगा। खाद्य एलर्जीऔर विष।

सिंथेटिक जीव विज्ञान अधिक खतरनाक डीएनए और जीन अनुक्रम बनाएगा जो पहले प्रकृति में नहीं पाए गए थे। नए जीनों को संश्लेषित करने की हमारी क्षमता हमारी समझ से बहुत आगे निकल जाती है कि कैसे ये जीन, और जिन जैविक प्रणालियों में उन्हें डाला गया है, वे सही ढंग से काम करेंगे और प्रकृति में मौजूदा संतुलन को परेशान नहीं करेंगे। एक एकल आनुवंशिक रूप से इंजीनियर जीव की सुरक्षा का आकलन करना पहले से ही कठिन है, और सिंथेटिक जीव विज्ञान इस स्तर को एक अत्यंत उच्च और सबसे अधिक तक बढ़ा देगा खतरनाक स्तर. आज तक, मौजूद नहीं है कोई नहीं वैज्ञानिक प्रयास किसी भी सिंथेटिक जीव द्वारा पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य के लिए उत्पन्न जोखिमों का सावधानीपूर्वक आकलन करके, जिसमें दसियों या सैकड़ों पूरी तरह से नए अनुवांशिक अनुक्रम हो सकते हैं।

जैव प्रौद्योगिकी पहले से ही संयुक्त राज्य अमेरिका और दुनिया भर के कई देशों में नियंत्रण से बाहर है, जो जीएमओ के मुख्य उत्पादक हैं, और सीएमओ केवल राज्य विनियमन की इस पुरानी प्रणाली की सीमाओं का विस्तार करेंगे। उदाहरण के लिए, अमेरिकी कृषि विभाग पौधों कीट कानूनों के माध्यम से जीएमओ को नियंत्रित करता है, क्योंकि उनमें से अधिकतर पौधों के वायरस का उपयोग करके उत्पादित किए गए थे। सिंथेटिक जीव विज्ञान पौधों के वायरस के बिना सीएमओ प्राप्त करने के अवसर खोलता है, जिसका अर्थ है कि ये फसलें बन जाएंगी पूरी तरह से नियंत्रण से बाहरयूएसडीए या अन्य विभाग।

हमारे जैव प्रौद्योगिकी जोखिम मूल्यांकन मॉडल शीघ्र ही अप्रचलित हो जाएंगे। जीएमओ की सुरक्षा आमतौर पर इसके "पर्याप्त समानता" के सिद्धांत के आधार पर निर्धारित की जाती है प्राकृतिक एनालॉग. "आवश्यक तुल्यता" का यह विचार पर्यावरण में एसएमओ की उपस्थिति के साथ जल्दी से समाप्त हो जाएगा, जिसमें ऐसे जीन शामिल होंगे जो पहले कभी प्रकृति में मौजूद नहीं थे, और उनके माता-पिता एक कंप्यूटर हैं।

औद्योगिक कृषि का अंत
सिंथेटिक जीव विज्ञान, हालांकि यह हमें कुछ वादे देता है, लेकिन यह खतरनाक रास्तायदि हम नहीं जानते कि यह कहाँ जाता है तो अनुसरण करें। पिछले कुछ दशकों में, कृषि जैव प्रौद्योगिकी ने कई समस्याओं को जन्म दिया है, जिनमें से कई सिंथेटिक जीव विज्ञान द्वारा विकट हो जाएंगी, जिनमें शामिल हैं: आनुवंशिक प्रदूषण, सुपरवीड्स, तेजी से जहरीले औद्योगिक रसायनों पर बढ़ती निर्भरता, अस्थिर मोनोकल्चर के विशाल क्षेत्र, बौद्धिक संपदा संघर्ष, और मुकदमें किसानों पर, भोजन पर कॉर्पोरेट नियंत्रण की और एकाग्रता।

आपको दूर जाने की जरूरत नहीं है, "कृषि जैसा कि हम जानते हैं कि यह गायब हो जाएगी", कृषि में सिंथेटिक जीव विज्ञान के वादे के बारे में क्रेग वेंटर कहते हैं। हमें विषाक्त रहित औद्योगिक कृषि का निर्माण करना चाहिए रासायनिक पदार्थ, हमारी ऊर्जा को कृषि प्रणालियों पर फिर से केंद्रित करने के लिए जैसे कृषि विज्ञानऔर जैविक खेती. उदाहरण के लिए, हाल ही में यूएसडीए के एक अध्ययन में पाया गया कि सरल स्थायी कृषि परिवर्तन, जैसे कि फसल रोटेशन, उच्च पैदावार की ओर ले जाते हैं, नाइट्रोजन उर्वरकों और शाकनाशियों की आवश्यकता को काफी कम कर देते हैं, और भूजल में विषाक्त पदार्थों की मात्रा को कम कर देते हैं। हानिकारक प्रभावकिसान के लाभ के लिए। ऐसी प्रणालियाँ समान रूप से सिद्ध हुई हैं, यदि औद्योगिक कृषि प्रणालियों की तुलना में अधिक उत्पादक नहीं हैं, लेकिन हमारे ग्रह और जलवायु के लिए स्पष्ट रूप से फायदेमंद हैं, और हमें ऐसा भोजन प्रदान करती हैं जो स्वास्थ्यवर्धक और अधिक पौष्टिक हो और खतरनाक, महंगी और अप्रयुक्त तकनीकों पर निर्भर न हो।

पर्यावरणीय रिलीज़ प्रतिबंध और सिंथेटिक जीव विज्ञान का व्यावसायिक उपयोग आवश्यकता हैमानव स्वास्थ्य और पर्यावरण की रक्षा के लिए इसके जोखिमों का आकलन करने और इसे नियंत्रित करने में सक्षम होने की क्षमता सुनिश्चित करने के लिए।

संश्लेषित जीव विज्ञान

"सिंथेटिक बायोलॉजी" क्या है? यह आणविक जीव विज्ञान की एक नई और तेजी से विकसित होने वाली शाखा है, जो न केवल वास्तविक जीनों और जीनोमों में हेरफेर करने की अनुमति देती है, बल्कि पूरी तरह से नए डीएनए अनुक्रमों और नई जैविक प्रणालियों का निर्माण भी करती है जो प्रकृति में कभी अस्तित्व में नहीं थीं। इस तरह की शाब्दिक अलौकिक क्षमताएं आणविक और कंप्यूटर प्रौद्योगिकियों के तेजी से विकास के लिए अपनी उपस्थिति का श्रेय देती हैं, जिसकी बदौलत आज न केवल किसी भी आनुवंशिक अनुक्रम को "डिजाइन" करना संभव है, बल्कि इसे जीवन में लाना भी संभव है। तो, 2002 में, पहला पूरी तरह से कृत्रिम वायरस पैदा हुआ था, और 8 साल बाद - सिंथिया, पूरी तरह से कृत्रिम जीनोम वाला पहला व्यवहार्य जीवाणु। ये उपलब्धियां परिचायक हैं असीमित संभावनाएंडीएनए रिप्रोग्रामिंग, जो विज्ञान और जीवन के विभिन्न क्षेत्रों में कम असीम संभावनाओं को नहीं खोलता है, नई जैव प्रौद्योगिकी सामग्री के उत्पादन से लेकर "बेहतर" प्रकाश संश्लेषण के साथ खेती वाले पौधों के निर्माण तक। एक और बात यह है कि मानवता को इन "प्रकृति से नहीं एहसान" का बुद्धिमानी से निपटान करना चाहिए

प्रकृति के साथ समान भागीदारी में

बहुत विचार संश्लेषित जीव विज्ञानचारों ओर विकसित होता है। पीछे पिछले साल कानए, अत्यंत सुविधाजनक आणविक उपकरण जिसके साथ आप लगभग किसी भी जीव के जीनोम का किसी भी तरह से उपयोग कर सकते हैं। हां, यह महंगा हो सकता है, आप कुछ अभी तक अज्ञात समस्या पर ठोकर खा सकते हैं, लेकिन आणविक जीव विज्ञान प्रौद्योगिकियों के विकास के वर्तमान स्तर पर भी, आप धीरे-धीरे एक हाथी को "खरब डॉलर", पुनर्जीवित करने के लिए एक विशाल में बदल सकते हैं यह सुंदर विलुप्त रूप।

दूसरी बात, क्या ऐसा करना जरूरी है? आखिरकार, सिंथेटिक जीवविज्ञान में कई अन्य, अधिक प्रासंगिक और हैं महत्वपूर्ण कार्यउदाहरण के लिए, मानव रोगों के निदान, रोकथाम और उपचार के लिए उपकरणों के निर्माण के साथ-साथ खाद्य सुरक्षा सुनिश्चित करने और भोजन की गुणवत्ता में सुधार करने के साथ जुड़ा हुआ है। यह ये कार्य हैं जो नोवोसिबिर्स्क स्टेट यूनिवर्सिटी के स्ट्राउ प्रोजेक्ट "सिंथेटिक बायोलॉजी" के ढांचे के भीतर अनुसंधान के वर्तमान क्षेत्रों का आधार बनते हैं।

जब हमारे स्ट्राउ के सफल परियोजना प्रस्ताव की बात आई, तो हमें ज्यादा देर तक नहीं सोचना पड़ा: यह नए जीनोमिक एडिटिंग टूल्स के विकास और लक्षित संशोधन के लिए उनके आवेदन के बारे में था। मानव कोशिकाएं. पिछले कुछ वर्षों में दिखाई देने वाली जीनोम संपादन तकनीकों ने चिकित्सा, कृषि और औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी सहित जीवन विज्ञान और व्यावहारिक क्षेत्रों दोनों में क्रांति ला दी है। बिना त्वरित विकासऐसी तकनीकों के कारण, रूस बाहरी लोगों के बीच होने का जोखिम उठाता है।

दुष्ट का विस्तार में वर्णन

हमारी परियोजना का पहला ब्लॉक - मौलिक - इसका उद्देश्य "संपादन" की प्रक्रिया में सेल में होने वाली प्रक्रियाओं का अध्ययन करना है; दूसरा - नए एंजाइमों के विकास, आनुवंशिक सामग्री को वितरित करने के तरीके और इंट्रासेल्युलर प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के तरीकों सहित संपादन उपकरणों में सुधार करना; तीसरा व्यावहारिक परिणाम प्राप्त करना है।

यह पहला, मूलभूत हिस्सा इतना महत्वपूर्ण क्यों है? मुखय परेशानीजीनोम संपादन प्रौद्योगिकी की पहुंच और स्पष्ट आसानी में निहित है, जिसके परिणामस्वरूप इसके उपयोग की गति इसके तंत्र की "समझ" की गति से बहुत आगे निकल गई है। जीवाणुओं से मनुष्यों तक किसी भी जीव के जीनोम का उद्देश्यपूर्ण संशोधन अब लगभग किसी भी सुसज्जित जैविक प्रयोगशाला द्वारा किया जा सकता है। हालांकि, दुनिया में दो दर्जन से अधिक अनुसंधान समूह वास्तव में प्रासंगिक आणविक तंत्र के अध्ययन में शामिल नहीं हैं और सेलुलर प्रक्रियाएं, यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि जीन संपादित होने पर वास्तव में कोशिका में क्या हो रहा है। वे कहते हैं कि शैतान विवरण में है। समझ की कमी से दक्षता कम होती है, जिसकी भरपाई पैसे से करनी पड़ती है। अपेक्षाकृत बोलना, अब, लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, आपको शाब्दिक रूप से "यादृच्छिक रूप से प्रहार" करना होगा और कोशिकाओं के साथ दस गोलियों के बजाय एक हजार का उपयोग करना होगा।

अगर हम आज सबसे लोकप्रिय जीनोमिक संपादन प्रणाली के बारे में बात करते हैं, तो यह अभी भी कमोबेश ज्ञात है, और तब भी पूरी तरह से नहीं, केवल Cas9 प्रोटीन कैसे काम करता है, जो डीएनए में एक विराम का परिचय देता है। विशेष रूप से, यह बहुत स्पष्ट नहीं है कि यह एंजाइम जीनोम में अपने लक्ष्य को कैसे पाता है, क्योंकि Cas9 अधिकांश अन्य एंजाइमों की तुलना में एक परखनली में बेहद अक्षमता से काम करता है: प्रतिक्रिया के लिए लंबे समय की आवश्यकता होती है और लक्ष्य के सापेक्ष एंजाइम की अधिकता होती है। डीएनए।

परिप्रेक्ष्य में - संस्थान! संकाय का लगभग संपूर्ण जैविक हिस्सा अब स्ट्राउ "सिंथेटिक बायोलॉजी" की गतिविधियों में शामिल है प्राकृतिक विज्ञानएनएसयू। काम के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में से एक शिक्षा का आधुनिकीकरण है। सबसे पहले, यह नए मास्टर प्रोग्राम का निर्माण है। बायोनोटेक्नोलॉजी, माइक्रोबायोलॉजी और वायरोलॉजी, कोर की प्रयोगशाला के प्रमुख के नेतृत्व में बनाया गया जैव प्रौद्योगिकी कार्यक्रम एक उल्लेखनीय उदाहरण है। आरएएस एसवी नेटेसोव स्टेट साइंटिफिक सेंटर फॉर इकोनॉमिक्स एंड बायोलॉजी "वेक्टर", द इंस्टीट्यूट ऑफ केमिकल एंड फंडामेंटल बायोलॉजी ऑफ द साइबेरियन ब्रांच ऑफ द रशियन एकेडमी ऑफ साइंसेज और कोल्टसोवो बायोटेक्नोपार्क के सहयोग से।
मई 2016 में, NSU A.Yu के स्ट्रक्चरल बायोइनफॉरमैटिक्स और आणविक मॉडलिंग की प्रयोगशाला के प्रमुख के मार्गदर्शन में एक मास्टर प्रोग्राम "स्ट्रक्चरल बायोइनफॉरमैटिक्स" के निर्माण पर काम शुरू हुआ। बकुलिना। यह गतिविधि इतनी प्रभावी निकली कि पहले से ही सितंबर में पहले स्नातक की भर्ती की गई, मुख्य रूप से एनएसयू के यांत्रिकी और गणित संकाय के स्नातक। नए मास्टर कार्यक्रमों की अंतःविषय प्रकृति एक दुर्घटना नहीं है, लेकिन स्ट्राउ के विकास में मुख्य प्रवृत्तियों में से एक है।
आवश्यक शर्तस्ट्राउ कार्यक्रम - साझेदारी। NSU ने हमेशा SB RAS के साथ घनिष्ठ सहयोग किया है, लेकिन अब यह पर्याप्त नहीं है। संयुक्त कार्य में व्यावसायिक प्रतिनिधियों को शामिल करना बहुत महत्वपूर्ण है, खासकर जब से हमारे पास नोवोसिबिर्स्क एकेडेमोरोडोक के टेक्नोपार्क और कोल्टसोवो बायोटेक्नोपार्क जैसे पड़ोसी हैं। विज्ञान और शिक्षा में हमारे कई साझा हित हैं। वैज्ञानिक समुदाय अभी भी वैज्ञानिक विकास के व्यावहारिक उपयोग की दक्षता में सुधार करने में रुचि रखता है। और व्यापार प्रतिनिधि एनएसयू को योग्य कर्मियों के स्रोत के रूप में देखते हैं और विशेष इंजीनियरिंग मास्टर कार्यक्रमों के विकास में भाग लेने के लिए तैयार हैं। नतीजतन, स्ट्राउ को विज्ञान, शिक्षा और व्यावसायिक संरचनाओं का एक प्रकार का संलयन बनना चाहिए, जो न केवल हमारे देश और पड़ोसी देशों के छात्रों के लिए आकर्षक हो।
अब हम छोटे कक्षाओं के नवीनीकरण में लगे हुए हैं, जो एनएसयू में सेंटर फॉर एडवांस्ड बायोमेडिकल रिसर्च की प्रयोगशालाओं का निर्माण करेंगे, और लंबी अवधि में, विश्वविद्यालय में सिंथेटिक जीव विज्ञान के एक अलग संस्थान का निर्माण करेंगे।

के. एक्स। एन। पी ई वोरोब्योव

जीनोमिक संपादन में अगला कदम कोशिका में नई आनुवंशिक सामग्री का परिचय है, जिसे डीएनए ब्रेक में निर्मित माना जाता है। आज, इस तरह के एक नए कृत्रिम पर आधारित आनुवंशिक पुनर्संयोजन (डीएनए पुनर्व्यवस्था) की प्रक्रिया एक वास्तविक "ब्लैक बॉक्स" है। सिद्धांत रूप में, हम पहले से ही मनुष्यों में पुनर्संयोजन के तंत्र के बारे में काफी कुछ जानते हैं, लेकिन केवल "नियमित" स्थितियों में। और हम जानते हैं कि यद्यपि रोगाणु कोशिकाओं के निर्माण के दौरान या क्षतिग्रस्त डीएनए की ("मरम्मत") के दौरान पुनर्संयोजन एक ही सिद्धांत के अनुसार आगे बढ़ता है, इन तंत्रों का विवरण पूरी तरह से अलग है। जीनोम संपादन के दौरान पुनर्संयोजन के तंत्र को समझने में बीस साल लगेंगे, यह पता लगाने के लिए कि उनमें साधारण पुनर्संयोजन की प्रणाली कितनी शामिल है और कुछ नए तत्व कितने हैं।

लेकिन जब हम इसका पता लगा सकते हैं, तो हम उस रास्ते को नियंत्रित करने में सक्षम होंगे जिसके साथ संपादन होता है। जैसा कि आप जानते हैं, लक्ष्य आमतौर पर एक जीन को बंद करना या उसके कार्य को बदलना होता है। इसे बंद करना आसान है, क्योंकि इस मामले में यह एक अंतर बनाने के लिए पर्याप्त है, जो सेल "डार्न्स" करता है, आमतौर पर त्रुटियों के साथ। इसके अलावा, सेल इस सरल तरीके को तब भी पसंद करेगी जब हम टुकड़े को पुनर्संयोजन से बदलने की योजना बना रहे हों: सेल सिस्टमइस मामले में, वे "प्रयास" को बदलने के लिए नहीं, बल्कि लक्ष्य को बंद करने के लिए करते हैं। अब कई शोधकर्ता इस समस्या के समाधान पर काम कर रहे हैं, जो इस प्रक्रिया में शामिल एंजाइमों को बाधित करने जैसी सरल चीजों से शुरू होता है। उदाहरण के लिए, यह पता चला कि इनमें से एक एंजाइम साधारण कैफीन द्वारा बाधित होता है, और यदि कोशिकाओं को ऐसी "खुराक" मिलती है, तो पुनर्संयोजन बेहतर हो जाता है।

जीनोम एडिटिंग टूल्स के सुधार के लिए, मैं यहां दो प्रमुख तरीके देखता हूं। सबसे पहले, यह संभव है कि किसी तरह पहले से ज्ञात एंजाइमों को संशोधित और सुधारा जा सके, जैसे कि Cas9। इन प्रोटीनों की संरचना अच्छी तरह से समझी जाती है और उनकी सटीकता या दक्षता में सुधार के लिए इसे बदला जा सकता है। इसके अलावा, पारंपरिक गाइड आरएनए के बजाय, संशोधित न्यूक्लिक एसिड का उपयोग उन संरचनाओं को संबोधित करने के लिए किया जा सकता है जो वांछित जीन टुकड़े की खोज और पहचान करते हैं, जिसके कारण लक्ष्य खोज की गति या सटीकता को बढ़ाया जा सकता है। हमारी परियोजना में, एक समूह इस कार्य पर संबंधित सदस्य के नेतृत्व में काम करेगा। आरएएस डी. वी. पिशनी।

दूसरा तरीका जीनोमिक एडिटिंग के मूलभूत रूप से नए तरीकों की खोज करना है। अब हम काफी कुछ जानते हैं कि प्रोटीन डीएनए के साथ कैसे इंटरैक्ट करते हैं, इसके अलावा, पिछली शताब्दी के अंत से, इस क्षेत्र में दिलचस्प घटनाओं के बहुत सारे विवरण जमा हुए हैं, जो उस समय समझ में नहीं आए और समझाए नहीं गए। उदाहरण के लिए, यह पाया गया है कि उत्परिवर्तन और जीनोमिक प्रतिस्थापन कोशिकाओं में एक निश्चित दक्षता के साथ घटित होंगे, भले ही उन्हें केवल ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स के साथ इलाज किया जाए! अब हमारे पास होने वाली प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए सभी आवश्यक प्रौद्योगिकियां हैं।

फेरेट की जगह क्या ले सकता है?

मौलिक अनुसंधान सहित हमारे सभी शोधों का मूल्य यह है कि उनके परिणाम नई प्रौद्योगिकियों के लिए आधार बन सकते हैं जो मौजूदा पेटेंटों द्वारा कवर नहीं किए गए हैं। तथ्य यह है कि जीनोमिक संपादन का पूरा क्षेत्र अब उन लोगों के पेटेंट द्वारा पूरी तरह से "कवर" हो गया है जिन्होंने इन तकनीकों को बनाया है और जिनकी फंडिंग अरबों डॉलर में है। इस अर्थ में, उनके साथ प्रतिस्पर्धा करना हमारे लिए बेकार है - अपने स्वयं के समाधान खोजने का प्रयास करना अधिक लाभदायक है।

हमारे काम का व्यावहारिक परिणाम एक पुनर्जीवित मैमथ नहीं होना चाहिए, जिसके लिए वैसे भी पर्याप्त पैसा नहीं है, लेकिन काफी वास्तविक नई सेल लाइनें हैं जिनका उपयोग विभिन्न औषधीय अध्ययनों में इन्फ्लूएंजा, पार्किंसंस रोग और कैंसर जैसी व्यापक बीमारियों के खिलाफ दवाओं को खोजने के लिए किया जा सकता है। स्तन ग्रंथि।

StrAUs एक तरह का वैज्ञानिक और शैक्षिक संघ है जो कई प्रतिभागियों को एक साथ लाता है। "सिंथेटिक बायोलॉजी" के मामले में, रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज की साइबेरियाई शाखा के सभी जैविक संस्थान, साथ ही स्कोल्कोवो इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (मास्को), जहां रूस में जीनोम संपादन में सर्वश्रेष्ठ विशेषज्ञों में से एक, प्रोफेसर के. वी. सेवरिनोव, एनएसयू भागीदार बने। सटीक विज्ञान में विशेषज्ञता वाले पेरिस-इलेवन विश्वविद्यालय के लंबे समय के साथी भी आकर्षित हुए, जो फ्रांसीसी अकादमिक सुधार के हिस्से के रूप में कई पेरिस और प्रांतीय विश्वविद्यालयों के आधार पर बनाए गए "सुपर-यूनिवर्सिटी" का हिस्सा बन जाएगा।

उदाहरण के लिए, आज इन्फ्लूएंजा के लिए दवाओं को खोजने और परीक्षण करने के लिए सबसे उपयुक्त मॉडल प्रयोगशाला चूहों को नहीं माना जाता है जो इससे मर जाते हैं, लेकिन बहुत बड़े और अधिक मांग वाले जानवरों - फेरेट्स के लिए। इन जानवरों में, फेफड़े की उपकला कोशिकाएं मानव के समान होती हैं, इसलिए वे अंदर होती हैं उच्चतम डिग्रीमनुष्यों के लिए अतिसंवेदनशील और फार्माकोलॉजिस्ट द्वारा लंबे समय से उपयोग किया जाता है। यदि हम जीनोमिक संपादन का उपयोग करके इन्फ्लुएंजा वायरस के प्रति विभिन्न संवेदनशीलता वाली मानव कोशिका रेखाएँ बना सकते हैं, तो यह उपयुक्त दवाओं की खोज को बहुत आसान बना देगा।

एक अन्य उपकार्य नए की विषाक्तता के परीक्षण के लिए सेल लाइन प्राप्त करना है रासायनिक यौगिकजिनमें से सैकड़ों हजारों सालाना संश्लेषित होते हैं। इन सभी पदार्थों का मानव सुरक्षा के लिए परीक्षण किया जाना चाहिए, जिसके लिए वे आमतौर पर उपयोग करना पसंद करते हैं। तथ्य यह है कि विषाक्तता के लिए परीक्षण करते समय, इसे पारंपरिक रूप से "इसे न करने की तुलना में अधिक करना" पसंद किया जाता है, और मानक सेल लाइनों पर प्राप्त परिणाम आमतौर पर जानवरों पर प्राप्त आंकड़ों की तुलना में कम विषाक्तता के संकेतों को विकृत करते हैं। दरअसल, व्यक्तिगत कोशिकाएं अधिक प्रतिरोधी होती हैं नकारात्मक प्रभाव, चूंकि शरीर, एक नियम के रूप में, अपनी "कमजोर कड़ी" है - विशेष रूप से "कमजोर" कोशिकाओं (उदाहरण के लिए) की छोटी सेल आबादी, जो पूरे व्यक्ति की स्थिरता का निर्धारण करेगी। तब से अब तक में पशुओं के उपयोग को समाप्त करने के लिए आन्दोलन समान अध्ययनगति प्राप्त कर रहा है, बढ़ी हुई संवेदनशीलता के साथ नई आनुवंशिक रूप से संशोधित सेल लाइनें एक पर्याप्त प्रतिस्थापन बन सकती हैं।

अगर हम सफल डिजाइन प्रतियोगिता नहीं जीतते हैं, तो इसका मतलब यह नहीं है कि हमारी सभी जीनोमिक संपादन गतिविधियां बंद हो जाएंगी। अनुसंधान, निश्चित रूप से, केवल धीमी गति से विकसित होगा।

पहले से ही वर्तमान वित्त पोषण के ढांचे के भीतर, हमने सेंटर फॉर एडवांस्ड बायोमेडिकल रिसर्च नामक एक नई संरचना बनाई है, जो जीनोम संपादन से संबंधित छह विश्वविद्यालय प्रयोगशालाओं को एक साथ लाएगी। और यद्यपि कोई इस मामले में किसी भी शानदार परिणाम पर भरोसा नहीं कर सकता है, लेकिन एसबी आरएएस के संस्थानों के बौद्धिक और भौतिक संसाधनों पर भरोसा करते हुए, हम इस क्षेत्र में रूस में शायद सबसे अच्छा केंद्र बनाने में सक्षम हैं।

इस अर्थ में, हमारे पास कुछ प्रतियोगी हैं, एक ही स्कोल्कोवो के अपवाद के साथ, बहुत कम घरेलू वैज्ञानिक समूह हैं जो जीनोम संपादन पर मौलिक कार्य में शामिल हैं।

जैविक विज्ञान के डॉक्टर, रूसी विज्ञान अकादमी के प्रोफेसर डी. ओ. झारकोव

सात बार प्रयास करें, एक बार संश्लेषण करें!

स्ट्रा एनएसयू "सिंथेटिक बायोलॉजी" के सभी प्रतिभागियों के बीच, मैं ए। वाई। बकुलिना की अध्यक्षता में एनएसयू के स्ट्रक्चरल बायोइनफॉरमैटिक्स और आणविक मॉडलिंग की सभी प्रयोगशाला में सबसे पहले ध्यान देना चाहूंगा, जिनके साथ हम घनिष्ठ सहयोग बनाए रखते हैं। वह जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स के संबंध में प्रौद्योगिकियों के विकास और अनुप्रयोग में लगी हुई है - मैं इस क्षेत्र को आधुनिक सिंथेटिक जीव विज्ञान में सबसे महत्वपूर्ण मानता हूं।

नए यौगिकों के निर्माण के लिए पारंपरिक दृष्टिकोण यह है कि कई संश्लेषण किए जाते हैं, बहुत सारे विकल्प प्राप्त किए जाते हैं, और उनमें से उपयुक्त पहले से ही चुने जाते हैं। कम्प्यूटेशनल प्रौद्योगिकियों के लिए धन्यवाद, हम पहले भविष्य के कनेक्शन के गुणों की भविष्यवाणी कर सकते हैं, इसे "डिजाइन" कर सकते हैं और उसके बाद ही इसे बना सकते हैं। यही है, शोधकर्ता पहले से ही परिणाम की गणना और मूल्यांकन कर सकता है। डेरिवेटिव के रूप में इस तरह के जटिल अणुओं की बात आने पर इसके महत्व को शायद ही कम करके आंका जा सकता है ओलईगोन्युक्लियोटाईड्स(छोटे टुकड़े) और आप जानना चाहते हैं, उदाहरण के लिए, क्या वे आकार, शक्ति और अन्य संरचनात्मक विशेषताओं के संदर्भ में डीएनए डबल हेलिक्स की संरचना से पर्याप्त रूप से मेल खाएंगे।

बायोमेडिकल रसायन विज्ञान की हमारी प्रयोगशाला के भौतिक विज्ञानी जिस विशिष्ट कार्य में लगे हुए हैं, वह उन विधियों और गणनाओं का विकास है जो ऐसे कंप्यूटर एल्गोरिदम का आधार बनेंगी। और हालांकि यह अभी तक पूरी तरह से हल नहीं हुआ है, सफलताएं पहले से ही हैं।

कहने की जरूरत नहीं है, प्रौद्योगिकी आणविक डॉकिंग(आणविक मॉडलिंग की एक विधि जो अणुओं के अभिविन्यास और स्थिति की भविष्यवाणी करने की अनुमति देती है जो एक स्थिर परिसर के गठन के लिए सबसे अधिक फायदेमंद होते हैं) अब दुनिया में बहुत लोकप्रिय हैं, और मुख्य रूप से नए औषधीय यौगिकों की खोज और निर्माण के संबंध में। उदाहरण के लिए, इन कंप्यूटर तकनीकों की मदद से सक्षम अणुओं का चयन करना संभव है उच्च दक्षताप्रोटीन-एंजाइम की एक विशिष्ट साइट से जुड़ जाता है और इस तरह इसके काम को अवरुद्ध कर देता है।

इस तरह की तकनीकों को निश्चित रूप से विकसित करने की आवश्यकता है, और अधिक "वैश्विक" प्रारूप में। बाद के द्वारा, मेरा मतलब है oligomers(अणुओं की श्रृंखला के रूप में नहीं एक लंबी संख्याएक ही प्रकार की घटक इकाइयाँ), जबकि पारंपरिक डॉकिंग के मामले में हम बात कर रहे हैं, एक नियम के रूप में, कम आणविक भार यौगिकों के बारे में। न केवल मानक ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स, बल्कि विभिन्न ऑलिगोमेरिक चेन के रूप में कृत्रिम रूप से बनाए गए आणविक ब्लॉक भी ऐसे "मध्यम आणविक" यौगिकों के रूप में कार्य कर सकते हैं। और इस मामले में, कंप्यूटर मॉडलिंग सामने आती है, क्योंकि विकल्पों की संख्या नाटकीय रूप से बढ़ जाती है।

विषय में रासायनिक तरीकेकृत्रिम ओलिगोमर्स प्राप्त करना, हमारे पास इसके लिए पहले से ही तकनीकी आधार है। हालांकि हम अभी भी इन तकनीकों का उपयोग उन्हीं ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स की कार्यक्षमता बढ़ाने के लिए कर रहे हैं ताकि उन्हें अतिरिक्त हाइड्रोफोबिसिटी दी जा सके, एक रिपोर्टर लेबल पेश किया जा सके, आदि। आखिरकार, इस क्षेत्र में अभी भी कई अनसुलझे मुद्दे हैं, जैसे कि जीवित कोशिकाओं को यौगिकों की डिलीवरी . उदाहरण के लिए, इस उद्देश्य के लिए, जब विशेष रासायनिक समूहों को ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड (उदाहरण के लिए, एक कोलेस्ट्रॉल अवशेष) से ​​जोड़ा जाता है, तो अक्सर एक प्रकार का उपयोग किया जाता है, लेकिन यह हमेशा उचित और प्रभावी नहीं होता है। लेकिन ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स को संशोधित करने के लिए, आप उसी अतिरिक्त गैर-न्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाओं का उपयोग कर सकते हैं, जिनमें से लिंक वांछित गुणों के साथ कार्यात्मक समूहों की भूमिका निभाएंगे।

भविष्य में, इस दृष्टिकोण से एक नए प्रकार के गैर-न्यूक्लियोटाइड ओलिगोमेरिक एजेंटों का निर्माण हो सकता है, जो कि व्यक्तिगत इकाइयों के कार्यात्मक गुणों की एक विशाल संभावित विविधता की विशेषता होगी, शायद अमीनो एसिड का उपयोग करने के मामले में भी अधिक। और, निश्चित रूप से, किसी दिन ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स को पूरी तरह से त्यागने और पहले से ही अच्छी तरह से विकसित न्यूक्लियोटाइड रसायन विज्ञान के आधार पर बहुक्रियाशील ऑलिगोमर्स की तरह कुछ नया बनाने का विचार है।

सिंथेटिक जीव विज्ञान के क्षेत्र में व्यावहारिक परिणामों के एक उदाहरण के रूप में, मैं नए का हवाला देना चाहूंगा रासायनिक अनुरूपन्यूक्लिक एसिड, जिनके अनुप्रयोगों को अब न्यूक्लिक एसिड रसायन विज्ञान की प्रयोगशाला (डॉ. डी. ए. स्टेट्सेंको के नेतृत्व में) और बायोमेडिकल रसायन विज्ञान की हमारी प्रयोगशाला में सक्रिय रूप से आगे बढ़ाया जा रहा है।

फॉस्फोरिलगुआनिडाइन्स में - न्यूक्लिक एसिड के कृत्रिम एनालॉग - न्यूक्लियोटाइड इकाइयों के बीच "पुल" नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए फॉस्फेट समूह नहीं होते हैं, लेकिन "तटस्थ" फॉस्फोरिलगुआनिडाइन वाले होते हैं। इस तरह के एक रासायनिक परिवर्तन जीवित कोशिकाओं के लिपिड झिल्ली के माध्यम से उनके प्रवेश की सुविधा प्रदान करते हैं, उन्हें एंजाइमों की विनाशकारी कार्रवाई और सेलुलर डीएनए और आरएनए के साथ मजबूत परिसरों को बनाने की क्षमता प्रदान करते हैं। इन गुणों के कारण, फॉस्फोरिलगुआनिडाइन ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स दवाओं के निर्माण का आधार बन सकता है चिकित्सा निदानऔर दवाइयाँनई पीढ़ी

इसलिए, ब्रिटिश वैज्ञानिकों के साथ मिलकर गंभीर के उपचार में इन यौगिकों के उपयोग के लिए एक पेटेंट आवेदन पहले ही दायर किया जा चुका है आनुवंशिक रोग – मांसपेशीय दुर्विकासडचेन, जिससे हिलने-डुलने की क्षमता का पूर्ण नुकसान होता है और अंततः मृत्यु हो जाती है। रोग का कारण उत्परिवर्तन है, जिसके परिणामस्वरूप प्रक्रिया का उल्लंघन होता है स्प्लिसिंग(टुकड़ों को काटकर) सूचना परिपक्वता के दौरान, जिसके परिणामस्वरूप "गलत" डायस्ट्रोफिन प्रोटीन कोशिकाओं में संश्लेषित होता है, जो एक महत्वपूर्ण है संरचनात्मक घटकमांसपेशियों का ऊतक।

इसे ठीक करो पैथोलॉजिकल प्रक्रियाऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स के साथ किया जा सकता है, और प्रयोगशाला पशु अध्ययनों में इस उद्देश्य के लिए हमारे फॉस्फोरिलगुआनिडाइन्स को अच्छी तरह से अनुकूल दिखाया गया है। बाद वाला काम मॉर्फोलिन ओलिगोमर्स से भी बदतर नहीं है, जिसे हाल ही में यूएसए में व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुमोदित किया गया था। इन दोनों मामलों में, एक ही सिद्धांत लागू किया गया था, हालांकि अलग-अलग मंचों पर। बेशक, इस तरह की चिकित्सा का अर्थ है आजीवन इंजेक्शन, लेकिन विकल्पकेवल जीनोम संपादन है, जो वर्तमान में उपलब्ध नहीं है, हालांकि यह समय के साथ अधिक से अधिक व्यवहार्य होता जा रहा है।

फॉस्फोरिलगुआनिडाइन्स के आधार पर, नई पीढ़ी की जीवाणुरोधी दवाएं बनाना संभव है। विचार यह है कि एक सामान्य एंटीबायोटिक एक छोटा अणु होता है जिसके लिए बैक्टीरिया बहुत जल्दी प्रतिरोध विकसित कर लेता है। ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स और उनके एनालॉग्स के मामले में, जो जीन-लक्षित यौगिक हैं, हम सीधे मूल कारण पर कार्य करते हैं, अर्थात। रोगज़नक़ जीनोम पर। ऐसे एंटीबायोटिक्स के निर्माण पर काम चल रहा है, जिसके लिए बैक्टीरिया प्रतिरोध विकसित करना इतना आसान नहीं है।

आज हम एक और बहुत महत्वपूर्ण पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं व्यावहारिक अनुप्रयोगफॉस्फोरिलगुआनिडाइन्स - रोगों के निदान के लिए। सेमीकंडक्टर नैनोवायरों पर आधारित एक प्रकार का डायग्नोस्टिक सेंसर है, जो फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर के सिद्धांत पर काम करता है। ऐसे नैनोवायर की चालकता तब बदल जाती है जब इसकी सतह पर कोई चार्ज दिखाई देता है। फास्फोरिलगुआनिडाइन ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड के अणु, सामान्य के विपरीत, अपने आप में कोई चार्ज नहीं होता है। एक कंडक्टर की सतह पर स्थिर, इस तरह के एक ओलिगोन्यूक्लियोटाइड विशेष रूप से चार्ज किए गए लक्ष्य आरएनए, किसी विशेष बीमारी के न्यूक्लियोटाइड मार्कर से जुड़ने में सक्षम होता है। इस मामले में, कंडक्टर से एक संकेत का पता लगाना तभी आगे बढ़ेगा जब एक इलेक्ट्रिक चार्ज ले जाने वाले लक्ष्य के लिए सफल बाध्यकारी हो। नोवोसिबिर्स्क इंस्टीट्यूट ऑफ सेमीकंडक्टर फिजिक्स के साथ संयुक्त रूप से किए गए प्रयोगों में। ए। वी। रज़ानोवा एसबी आरएएस ने साबित किया कि एक सेंसर की मदद से, जिस पर फॉस्फोरिलगुआनिडाइन्स के डेरिवेटिव "लगाए गए" हैं, अतिरिक्त निशान के बिना प्रत्यक्ष नैदानिक ​​​​संकेत प्राप्त करना वास्तव में संभव है।

कंप्यूटर मॉडलिंग तकनीकों पर लौटते हुए, मैं आपको याद दिला दूं कि स्ट्रैयू सिंथेटिक बायोलॉजी के भीतर एनएसयू में बनाए गए सेंटर फॉर एडवांस्ड बायोमेडिकल रिसर्च में प्रोटीन इंजीनियरिंग की एक नई प्रयोगशाला शामिल होगी। जैसा कि नाम से पता चलता है, यह नए एंजाइमों और संशोधित गुणों वाले अन्य प्रोटीनों के निर्माण में लगा होगा, जिनका उपयोग जैव प्रौद्योगिकी की जरूरतों के लिए या चिकित्सीय दवाओं या आणविक उपकरणों के रूप में किया जाना चाहिए। आखिरकार, वस्तुतः "डिजाइन" करने और इस या उस वांछित प्रोटीन अणु का अध्ययन करने के बाद, किसी को वास्तव में इसका उत्पादन शुरू करने के लिए जेनेटिक इंजीनियरिंग के तरीकों की ओर मुड़ना चाहिए। यही है, संबंधित जीन अनुक्रम - कृत्रिम जीन को संश्लेषित करने के लिए एक विशिष्ट कार्य उत्पन्न होता है।

इस तरह के एक जीन को "इकट्ठा" करने के लिए इसमें आवश्यक है निश्चित आदेशकई सौ कृत्रिम रूप से संश्लेषित न्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाओं को कनेक्ट करें! मैं ध्यान देता हूं कि रूस में व्यावहारिक रूप से ऐसी कोई प्रौद्योगिकियां नहीं हैं, जिस तरह इस मुद्दे से निपटने वाली कोई वैज्ञानिक टीम नहीं है। एक अपवाद समूह k.-x है। एन। हमारी प्रयोगशाला से ए.एन. सिन्याकोवा, जिन्होंने कई कोशिकाओं के साथ विशेष - छोटी सिलिकॉन प्लेटों की सतह पर ओलिगोन्यूक्लियोटाइड्स के संश्लेषण के तरीकों में काफी सफलता हासिल की है, जहां आप एक साथ विभिन्न संरचना के बड़ी संख्या में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों को संश्लेषित कर सकते हैं।

सेमीकंडक्टर भौतिकी संस्थान के विशेषज्ञों के साथ हमारे शोधकर्ता। ए.वी. रज़ानोव और रूसी विज्ञान अकादमी की साइबेरियन शाखा के ऑटोमेशन और इलेक्ट्रोमेट्री संस्थान ने विकसित किया है और पहले से ही फोटोलैबाइल सुरक्षात्मक समूहों या एसिड फोटोजेनरेटर के उपयोग के आधार पर ओलिगोन्यूक्लियोटाइड्स के संश्लेषण के लिए एक चिप तकनीक का परीक्षण किया है। इसके बाद, इन ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स का एक सेट विशेष उपचारों की एक श्रृंखला के अधीन होता है ताकि अंततः लक्ष्य जीन अनुक्रम प्राप्त किया जा सके।

ध्यान दें कि चूंकि कृत्रिम डीएनए के कुशल संश्लेषण के लिए प्रौद्योगिकियां न केवल उद्योग, चिकित्सा और कृषि में, बल्कि निर्माण में भी नए अवसर खोलती हैं। जैविक हथियार, दुनिया उनके प्रसार को सीमित करने के लिए व्यावहारिक कदम उठा रही है। इसका मतलब है कि इस तरह के प्रतिष्ठानों को हमारे देश में निर्यात नहीं किया जाएगा। एक घरेलू माइक्रोचिप सिंथेसाइज़र का निर्माण कृत्रिम जीन के निर्माण की दिशा में हमारा वास्तविक कदम है, जो सिंथेटिक जीव विज्ञान के आधारशिलाओं में से एक है। और यह कृत्रिम जीवित कोशिकाओं के निर्माण से दूर नहीं है, और लंबी अवधि में - और पूरे जीव।

संबंधित सदस्य आरएएस, डॉक्टर ऑफ केमिकल साइंसेज डी. वी. रसीला

जब क्षतिपूर्ति निषिद्ध है

सुरक्षात्मक मरम्मत प्रणालियों के अध्ययन के लिए अनुसंधान इकाई, जिसे मैं एनएसयू के स्ट्राउ "सिंथेटिक बायोलॉजी" के ढांचे के भीतर प्रबंधित करता हूं, वास्तव में एसबी आरएएस के रासायनिक जीव विज्ञान और मौलिक चिकित्सा संस्थान की तीन प्रयोगशालाओं के उन कर्मचारियों से मिलकर बनता है जो सबसे अधिक विश्वविद्यालय के साथ निकटता से सहयोग करें - बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान एंजाइमों की मेरी प्रयोगशाला, बायोपॉलिमर संशोधन के अध्ययन के लिए प्रयोगशाला (रासायनिक विज्ञान के डॉक्टर ओ.एस. फेडोरोवा के नेतृत्व में) और मरम्मत एंजाइमों की प्रयोगशाला (रासायनिक विज्ञान के डॉक्टर जी.ए. नेविंस्की के नेतृत्व में)।

हम लगे हुए हैं मौलिक अनुसंधानसिस्टम, जिसके परिणाम उम्र बढ़ने के तंत्र को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं और डीएनए मरम्मत एंजाइमों के अवरोधकों के डिजाइन का आधार बन सकते हैं, जो कि दवा के लिए रुचि रखते हैं। ये सभी कार्य अंतःविषय सहयोग पर आधारित हैं, जो पहले एसबी आरएएस की विशेष एकीकरण परियोजनाओं द्वारा समर्थित थे, और अब विश्वविद्यालय की साइट पर चले गए हैं। ये बहुत महत्वपूर्ण मुद्देएनएसयू के रेक्टर, संबंधित सदस्य को अपनी रिपोर्ट समर्पित की। एसबी आरएएस की आम बैठक के अंतिम वैज्ञानिक सत्र में आरएएस एमपी फेडोरुक। उन्होंने इस संक्रमण को नोवोसिबिर्स्क एकेडेमोगोरोडोक के विकास के लिए एक नया सदिश कहा। स्ट्राउ न केवल अंतःविषय सहयोग को अधिक प्रभावी ढंग से व्यवस्थित करने की अनुमति देता है, बल्कि एनएसयू छात्रों और अनुसंधान में मास्टर्स को सक्रिय रूप से शामिल करने की भी अनुमति देता है।

पर लौटते हुए, यह कहा जाना चाहिए कि अब हम स्पष्ट रूप से समझते हैं कि डीएनए क्षति की मरम्मत के लिए जिम्मेदार मरम्मत प्रणाली के सभी प्रोटीन दवाओं के लिए संभावित लक्ष्य हैं। एक सार्वभौमिक लक्ष्य, उदाहरण के लिए, परमाणु प्रोटीन पॉली (ADP-राइबोस) पोलीमरेज़ 1 (PARP1), डीएनए की मरम्मत का सबसे महत्वपूर्ण नियामक है, जिसके निषेध का ऑन्कोलॉजिकल रोगों में स्पष्ट प्रभाव हो सकता है, साथ ही साथ इस्कीमिक आघातऔर अन्य विकृति।

PARP1 डीएनए क्षति का एक "सेंसर" है: यह डीएनए ब्रेक को पहचानने वाला पहला है और इन साइटों से जुड़ता है, सक्रिय रूप से oligo- या पॉली (ADP) -राइबोस श्रृंखलाओं को संश्लेषित करना शुरू करता है जो स्वयं PARP1 सहित विभिन्न स्वीकर्ता प्रोटीनों को बांधता है। नतीजतन, टूटना साइट पर क्रोमेटिन decondensation होता है, जो मरम्मत एंजाइमों की पहुंच की सुविधा प्रदान करता है। इस प्रकार, PARP1 पारंपरिक कीमोथेरेपी या रेडियोथेरेपी के दौरान कैंसर कोशिकाओं सहित डीएनए क्षति की मरम्मत में योगदान देता है, जो उपचार की प्रभावशीलता पर प्रतिकूल प्रभाव डालता है।

उल्लंघन के संबंध में मस्तिष्क परिसंचरणइस्किमिया के परिणामस्वरूप, जीनोम को कई नुकसान होने की स्थिति में, PARP1 के अतिसक्रियकरण से एटीपी अणुओं के रूप में उनके ऊर्जा भंडार में तेजी से कमी आती है, जो अपरिवर्तनीय न्यूरोनल मौत से भरा होता है।

डीएनए कोशिकाओं के जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, इसके बावजूद इसे नुकसान पहुंचाने में कोई खर्च नहीं होता है। साथ ही, डीएनए एकमात्र अणु है जो सेल "मरम्मत" (मरम्मत) करता है - बाकी सभी नए सिरे से संश्लेषित होते हैं। मरम्मत प्रोटीन के जीन में उत्परिवर्तन से न्यूरोडीजेनेरेटिव रोग, ज़ेरोडर्मा पिगमेंटोसम होता है, जो पराबैंगनी विकिरण के परिणामस्वरूप विकसित होता है, और मुख्य रूप से ऑन्कोलॉजिकल रोगजैसे रेक्टल कैंसर और फेफड़े का कैंसर. और जब इलाज के दौरान घातक ट्यूमरडीएनए कैंसर की कोशिकाएंनष्ट करने की कोशिश कर रहा है, मरम्मत प्रणाली सक्रिय रूप से इसका विरोध करती है, क्षति को ठीक करती है

विचार रोकना है समान स्थितियाँमरम्मत प्रक्रियाओं के एक सार्वभौमिक नियामक के रूप में PARP1 की गतिविधि पहली नज़र में बहुत ही आकर्षक लगती है। लेकिन हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि यह एंजाइम एक बहुक्रियाशील प्रोटीन है, और, जैसा कि कई अध्ययनों से पता चला है, इसकी मरम्मत गतिविधि को दबाकर, हम इसके अन्य कार्यों को भी दबा देते हैं। आज, PARP-1 इनहिबिटर ड्रग ओलापैरिब (लिनपरज़ा) का विपणन किया जाता है और डिम्बग्रंथि के कैंसर सहित कुछ प्रकार के कैंसर के इलाज के लिए उपयोग किया जाता है। फिर भी, बड़ी संख्या में अवांछित दुष्प्रभावों के कारण सावधानी के साथ इसका उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है।

इसलिए, हमारे अध्ययन में, हम न केवल इस सार्वभौमिक के साथ काम करते हैं, बल्कि एक अन्य, विशिष्ट लक्ष्य, मरम्मत एंजाइम टाइरोसिल-डीएनए-फॉस्फोडिएस्टरेज़ 1 (Tdp1) के साथ भी काम करते हैं।

तथ्य यह है कि कोशिका में टोपोइज़ोमेरेज़ एंजाइम होते हैं जो डीएनए डबल हेलिक्स की एक निश्चित संरचना के गतिशील रखरखाव में शामिल होते हैं। टाइप I टोपोइज़ोमेरेज़ डीएनए श्रृंखला में इसके एक सिरे से सहसंयोजक बंधन द्वारा विराम का परिचय देते हैं, जिसके बाद बाद में श्रृंखला की मरम्मत की जाती है। कैंप्टोथेसिन पर आधारित एंटीकैंसर दवाएं इस सहसंयोजक लगाव के उत्पादों को स्थिर करती हैं, जिससे टोपोइज़ोमेरेज़ के कारण होने वाले नुकसान को "पैच" होने से रोका जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप ट्यूमर सेलमर जाता है। हालांकि, Tdp1 इस स्थिरीकरण को "हटाने" में सक्षम है, इसलिए इस एंजाइम के अवरोधकों का उपयोग मुख्य एंटीट्यूमर थेरेपी की प्रभावशीलता को बढ़ाना संभव बना देगा।

यह कार्य हमारे द्वारा फिजियोलॉजिकल की प्रयोगशालाओं के साथ संयुक्त रूप से किया जाता है सक्रिय पदार्थनोवोसिबिर्स्क इंस्टीट्यूट ऑफ ऑर्गेनिक केमिस्ट्री का नाम रूसी विज्ञान अकादमी की साइबेरियन शाखा के एन। रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज की साइबेरियाई शाखा के साइटोलॉजी और जेनेटिक्स संस्थान से एन ए पोपोवा। ग्राफ्टेड ट्यूमर वाले प्रयोगशाला जानवरों पर किए गए प्रयोगों में, सबसे प्रभावी विकसित अवरोधकों के उपयोग के लिए धन्यवाद, मुख्य ट्यूमर में एक महत्वपूर्ण (50% तक) कमी और मेटास्टेस के लगभग पूर्ण गायब होने को प्राप्त करना संभव था। अब हम पहले से ही बाहर ले जाने के लिए धन प्राप्त करने की कोशिश कर रहे हैं क्लिनिकल परीक्षणइस होनहार कैंसर रोधी दवा के बारे में।

और निश्चित रूप से, CRISPR / Cas9 प्रणाली का उपयोग करके जीनोमिक संपादन के रूप में इस तरह के एक बहुत ही महत्वपूर्ण क्षेत्र को नोट करना आवश्यक है, जिसके साथ आप उन जीनों को "बंद" कर सकते हैं जो रोगों की घटना के लिए जिम्मेदार हैं। विज्ञान के इस मोर्चे पर हम पिछड़ रहे हैं, जबकि यूरोप और संयुक्त राज्य अमेरिका में पहले से ही कई हैं वाणिज्यिक फर्मजहां इन तकनीकों का उपयोग लक्षित जीनों में वांछित परिवर्तन करने के लिए किया जाता है। हालांकि, अनुसंधान और विकास में संलग्न रहना अनिवार्य है जो इस दृष्टिकोण की प्रभावशीलता को बढ़ाएगा।

आज, NSU न केवल भविष्य के शोधकर्ताओं की "नर्सरी" है - इसके ढांचे के भीतर अनुसंधान संरचनाओं का विकास सक्रिय रूप से चल रहा है। मेरी राय में, ऐसे विश्वविद्यालय स्थलों पर ही होनहार युवा वैज्ञानिकों के मार्गदर्शन में नए वैज्ञानिक विभागों के गठन के अवसर पैदा होने चाहिए। क्यों, मेगा-अनुदान प्राप्त करने के लिए, क्या हमें आज विदेशों से विशेषज्ञों को आमंत्रित करने की आवश्यकता है, अक्सर हमारे पूर्व हमवतन जो अब अपनी उम्र के कारण वहां काम नहीं कर सकते हैं? एक ही समय पर सबसे अच्छे प्रतिनिधिहमारे वैज्ञानिक युवा, अपने काम के लिए पर्याप्त धन प्राप्त नहीं करने के कारण, विदेश में जगह तलाशने के लिए मजबूर हैं। हम अपने देश में पले-बढ़े युवा प्रतिभाओं का समर्थन क्यों नहीं करते? या जब वे सेवानिवृत्ति की आयु तक पहुंचेंगे तो क्या हम उन्हें वापस करने जा रहे हैं? यह तरीका बड़ा अजीब लगता है।
पीछे की ओरयह घटना एक युवा विदेशी विशेषज्ञ को लंबे समय तक आमंत्रित करने में असमर्थता है, जैसा कि पूरी दुनिया में किया जाता है। आज लंबी अवधि के वीजा की व्यवस्था करना संभव नहीं है, कार्यस्थलदो या तीन महीने से अधिक। नतीजतन, हमारे पास विदेशी प्रयोगशालाओं के साथ युवा कर्मियों का सामान्य आदान-प्रदान नहीं होता है, और "हरी बत्ती" वास्तव में केवल एक दिशा में दी जाती है - विदेश में। इसलिए, हमारे देश ने शिक्षा में जो धन लगाया है, वह हमारे देश में नहीं, बल्कि विदेशों में "काम" कर रहा है। अभी तक कोई भी इस समस्या का गंभीरता से समाधान करने वाला नहीं है।
घरेलू की प्रभावशीलता सुनिश्चित करने से संबंधित कई अन्य समस्याओं के बारे में भी यही कहा जा सकता है वैज्ञानिक अनुसंधान(अभिकर्मकों के आदेश और विदेशों से उनकी समय पर डिलीवरी, अत्यधिक कीमतों आदि के साथ कठिनाइयाँ)। हमें नींव से शुरुआत करनी चाहिए - करतब दशकों तक नहीं चल सकते

स्ट्राउ "सिंथेटिक बायोलॉजी" के ढांचे के भीतर, हम इस दिशा में नोवोसिबिर्स्क स्टेट यूनिवर्सिटी के साथ सहयोग करेंगे, विशेष रूप से, जीनोमिक प्रौद्योगिकियों की प्रयोगशाला के साथ, जिसका नेतृत्व डी.बी.एस. डी ओ झारकोव। कार्यों में से एक जो पीएच.डी. पर। कुज़नेत्सोव, जीनोमिक संपादन की इस विशेष प्रणाली में प्रोटीन परिसरों के कामकाज के विस्तृत कैनेटीक्स के अध्ययन से संबंधित है। दूसरे शब्दों में, यह अध्ययन किया जाना बाकी है कि अलग-अलग घटकों से CRISPR/Cas9 कॉम्प्लेक्स का संयोजन थर्मोडायनामिक शासन में डीएनए पर कैसे होता है। यह वास्तव में एक अग्रणी कार्य होगा, जैसा कि में है आधुनिक दुनियाअक्सर वे अंतिम परिणाम पर अधिक ध्यान देते हैं, न कि स्वयं प्रक्रिया की विशेषताओं पर, जो कि गलत है, क्योंकि तंत्र को समझने से व्यावहारिक तकनीकों को बेहतर बनाने में मदद मिलती है।

CRISPR/Cas9 वास्तव में अनुसंधान और निश्चित रूप से चिकित्सा उद्देश्यों के लिए एक बहुत अच्छा उपकरण है। उसी समय, किसी को पता होना चाहिए कि परिणाम हमेशा स्पष्ट नहीं होगा, कम से कम सभी बीमारियों के लिए तो नहीं। उदाहरण के लिए, घटना के लिए कैंसर के ट्यूमरएक से अधिक जीन जिम्मेदार होते हैं, इसलिए ऐसे मामलों में सांड की आंख मारना इतना आसान नहीं है। उनके प्रकट होने पर, प्रत्येक नई विधिहमेशा केवल उत्साही प्रतिक्रियाएँ देता है, लेकिन जितना अधिक इसका उपयोग किया जाता है, उतनी ही कमियाँ सामने आती हैं। इसलिए, अंतर्निहित तंत्र को समझना अतिश्योक्तिपूर्ण नहीं होगा।

उदाहरण के लिए, "संपादन" की प्रक्रिया में एक डीएनए स्ट्रैंड में एक ब्रेक - Cas9 प्रोटीन के काम का परिणाम - उस मरम्मत प्रणाली द्वारा "पैच" किया जा सकता है जिस पर हम काम कर रहे हैं। वैसे, डीएनए में किसी भी ब्रेक को उसी PARP1 द्वारा बहुत प्रभावी ढंग से पहचाना जाता है जिसका हम गहन अध्ययन कर रहे हैं। यह एंजाइम लक्ष्य जीन के लक्षित संशोधन की प्रक्रिया को प्रभावित कर सकता है, क्योंकि यह डबल डीएनए स्ट्रैंड की "मरम्मत" प्रणाली के नियमन में शामिल है और गैर-समरूप और समरूप पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं के अनुपात को प्रभावित करता है। इसलिए, जीनोम एडिटिंग सिस्टम की दक्षता में सुधार के लिए मरम्मत प्रणालियों का अध्ययन बहुत महत्वपूर्ण है, जो आधुनिक सिंथेटिक जीव विज्ञान में इतनी बड़ी भूमिका निभाते हैं।

संबंधित सदस्य आरएएस, डॉक्टर ऑफ केमिकल साइंसेज ओ. आई. लव्रिक

साहित्य

Vlasov V. V., Zharkov D. O., Lush D. V. // SCIENCE फर्स्ट हैंड। 2014. नंबर 3-4। पीपी। 84-91।

Kupriushkin M. S., Pyshny D. V., Stetsenko D. A. Phosphorylguanidines। न्यूक्लिक एसिड एनालॉग्स का एक नया वर्ग // एक्टा नेचुरे। 2014. वी. 6. नंबर 4(23)। पीपी। 53-55।

नेमुद्री एए, वालेटडिनोवा के.आर., मेदवेदेव एसपी, ज़कियान एसएम जीनोम एडिटिंग सिस्टम TALEN और CRISPR/Cas - डिस्कवरी टूल्स // Acta Naturae। 2014. वी. 6. नंबर 3. एस. 20-42।

Pyshny D. V., Stetsenko D. A. फॉस्फोरिलगुआनिडाइन न्यूक्लिक एसिड के नए रासायनिक एनालॉग्स के रूप में। // साइंस फर्स्ट हैंड। 2014. नंबर 5. सी. 6-9।

शिर्येवा एए, सेवरिनोव केवी सीआरआईएसपीआर/कैस सिस्टम्स ऑफ बैक्टीरिया एंड आर्किया। एक अनुकूली के घटक के रूप में प्रतिरक्षा तंत्रप्रोकैरियोट्स सार्वभौमिक हो गए हैं और प्रभावी उपकरणजीनोम संशोधन, एपिजेनोम अनुसंधान और जीन प्रतिलेखन नियंत्रण? / जीन और जीनोम का संपादन। ईडी। एस.एम. जाकियान, एस.पी. मेदवेदेव, ई.वी. डिमेंतिएवा, वी.वी. व्लासोव नोवोसिबिर्स्क: पब्लिशिंग हाउस एसओ आरएएन, 2016. पी. 133-169।

Barrangou R., Doudna J. A. अनुसंधान और परे // Nat में CRISPR प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोग। जैव प्रौद्योगिकी। 2016. वी. 34. एन. 9. पी. 933-941।

में हाल तकसामान्य के बजाय जेनेटिक इंजीनियरिंग"सिंथेटिक बायोलॉजी" के बारे में बहुत कुछ बोलना शुरू किया - डीएनए के साथ काम करने का एक नया तरीका, जिसमें पूरी तरह से नए जीन का निर्माण शामिल है जो प्रकृति में मौजूद नहीं हैं। हर कोई सिंथेटिक जीव विज्ञान में रुचि रखता है: युवा वैज्ञानिक, बायोहाकर्स इसे अपने दम पर कर रहे हैं, साथ ही जैविक स्टार्टअप में निवेश करने वाले निवेशक। लुक एट मी समझता है कि जीव विज्ञान की एक नई शाखा कैसे काम करती है।

जीन के किसी भी हेरफेर की तरह, सिंथेटिक जीव विज्ञान फायदेमंद और बहुत खतरनाक दोनों हो सकता है। स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के जीवविज्ञानी ड्रू एंडी इसे "कयामत का रैंप" कहते हैं, सिंथेटिक जीव विज्ञान की तुलना एक स्केट रैंप से करते हैं जिसके दो सिरे होते हैं और उनके बीच एक स्केटर रोल होता है। एक ओर, सिंथेटिक बायोलॉजी की मदद से आप उपयोगी चीजें कर सकते हैं, भूख की समस्या का समाधान कर सकते हैं, बीमारियों का इलाज कर सकते हैं और नए जीवों का निर्माण कर सकते हैं। दूसरी ओर, हमेशा सृजन का खतरा बना रहता है जानलेवा वाइरसया प्रकृति में लॉन्च करें एक ऐसा जीव जो अस्तित्व में नहीं होना चाहिए था। या यहां तक ​​​​कि - चूंकि सिंथेटिक जीव विज्ञान के वातावरण में DIY दृष्टिकोण लोकप्रिय है - जैव आतंकवाद की एक नई लहर पैदा करने के लिए।

कीमतें कैसे बदल गई हैं
डीएनए अनुक्रमण के लिए
(प्रति 1 मिलियन बेस पेयर)

"सिंथेटिक बायोलॉजी" शब्द का पहली बार बारबरा होबोम द्वारा 1980 में एक जीवाणु का वर्णन करने के लिए उपयोग किया गया था जिसे पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी का उपयोग करके आनुवंशिक रूप से संशोधित किया गया था। फिर 2000 में सैन फ्रांसिस्को में अमेरिकन केमिकल सोसाइटी की वार्षिक बैठक में एरिक कूल और अन्य वक्ताओं द्वारा इस शब्द का प्रस्ताव दिया गया। इसका उपयोग कृत्रिम कार्बनिक अणुओं के संश्लेषण का वर्णन करने के लिए किया गया था जो जीवित प्रणालियों में एक निश्चित भूमिका निभाते हैं।

सिंथेटिक जीव विज्ञान जीव विज्ञान का एक नया क्षेत्र है जिसका उद्देश्य प्रकृति में नहीं पाए जाने वाले नए जैविक तंत्रों को डिजाइन करना और बनाना है। यह शरीर में पहले से उपलब्ध गुणों को जोड़ने से संबंधित है, उदाहरण के लिए, बैक्टीरिया, नए गुण या मौजूदा गुणों को संशोधित करना। भविष्य में, अलग-अलग जीवों को बनाने की योजना है जो स्वतंत्र अस्तित्व और कड़ाई से निर्दिष्ट गुणों के साथ प्रजनन करने में सक्षम हैं।

सिंथेटिक जीव विज्ञान के मुख्य लक्ष्य तीन हैं:

• जीवन को अलग करने के बजाय परमाणुओं और अणुओं से बनाकर जीवन के बारे में अधिक जानें, जैसा कि पहले किया गया था।
• करना जेनेटिक इंजीनियरिंगइसके नाम के योग्य - इसे एक कला से एक कठोर अनुशासन में बदलने के लिए जो लगातार विकसित हो रहा है, पिछली कृत्रिम रचनाओं का मानकीकरण कर रहा है और उन्हें नए, अधिक जटिल जीवित तंत्र बनाने के लिए पुनर्संयोजित कर रहा है जो प्रकृति में पहले मौजूद नहीं थे।
• वास्तव में प्रोग्राम करने योग्य जीवों तक पहुंचने के लिए जीवित और मशीनों के बीच की सीमा को मिटा दें।

विभिन्न विषयों के लिए सिंथेटिक बायोलॉजी की संभावनाओं पर विचार करें। सबसे पहले, जीवविज्ञानी प्राकृतिक जैविक प्रणालियों को बेहतर ढंग से समझने में सक्षम होंगे (यह रिचर्ड फेनमैन के शब्दों को याद रखने योग्य है: "मैं क्या नहीं बना सकता, मैं नहीं समझता" ("मैं वह नहीं बना सकता जो मुझे समझ में नहीं आता"))।

दूसरे, रसायनज्ञों के लिए, सिंथेटिक जीव विज्ञान को सिंथेटिक रसायन विज्ञान (दवाओं का संश्लेषण, नई सामग्री, विश्लेषण के अधिक उन्नत तरीकों का विकास) में अगले तार्किक रूप से आवश्यक कदम के रूप में देखा जा सकता है।

सिंथेटिक जीव विज्ञान 1989 में अपना इतिहास शुरू करता है, जब ज्यूरिख (स्टीवन बेनर के नेतृत्व में) के जीवविज्ञानियों की एक टीम ने दो कृत्रिम न्यूक्लियोटाइड जोड़े वाले डीएनए को संश्लेषित किया, इसके अलावा पृथ्वी पर सभी जीवित जीवों द्वारा उपयोग किए जाने वाले चार ज्ञात (एडेनिन, गुआनिन, साइटोसिन, थाइमिन - डीएनए, आरएनए में - साइटोसिन को यूरैसिल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है)।

जीवविज्ञानी ड्रू एंडी ड्रू एंडी, ) छिपी हुई खानों के बायोडेटेक्टर के निर्माण पर काम कर रहा है: बैक्टीरिया में आवश्यक आनुवंशिक कोड पेश किया जाता है, फिर बैक्टीरिया को जमीन पर छिड़का जाता है। जहां मिट्टी में टीएनटी होता है (और यह अनिवार्य रूप से खदान से बाहर निकलता है) - बैक्टीरिया फ्लोरोसेंट प्रोटीन को संश्लेषित करते हैं, जिसके बाद में अंधेरा समयदिन खदानें मिल सकती हैं।

सिंथेटिक बायोलॉजी के क्षेत्र में अगला कदम प्रिंसटन यूनिवर्सिटी (प्रिंसटन यूनिवर्सिटी) के वैज्ञानिकों के एक समूह ने उठाया, जिसने चमकदार बैक्टीरिया का निर्माण किया। और बोस्टन विश्वविद्यालय (बोस्टन विश्वविद्यालय) के जीवविज्ञानियों ने इस जीवाणु को प्राथमिक डिजिटल बाइनरी मेमोरी के साथ संपन्न किया। उन्होंने बैक्टीरिया में दो नए जीनों को संयोजित किया जो एंटीफेज में सक्रिय होते हैं - पर निर्भर करता है रासायनिक घटकइनपुट पर, ये बैक्टीरिया ट्रांजिस्टर पर ट्रिगर की तरह दो स्थिर अवस्थाओं के बीच "स्विच" हो गए।

लेकिन एक चमकदार जीवाणु बनाने के लिए कोलाईजिसे बिजली के बल्ब की तरह चालू और बंद किया जा सकता है, उपरोक्त कार्य पर्याप्त नहीं हैं। हालांकि दोनों आवश्यक घटक पहले ही दो में बनाए जा चुके हैं विभिन्न जीव. इसलिए, एंडी अब सक्रिय रूप से एक तंत्र, बुनियादी ढाँचा बनाने पर काम कर रहा है, या, यदि आप चाहें, तो विज्ञान जो इस तरह के काम को व्यवस्थित करने, उन्हें एक प्रणाली में लाने की अनुमति देगा।

तब जीवित प्रणालियों को डिजाइन करना संभव होगा जो अनुमानित तरीके से व्यवहार करते हैं और जीवन ईंटों के मानक सेट से विनिमेय भागों का उपयोग करते हैं।

2003 के पतन में, अमेरिकन इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल एनर्जी अल्टरनेटिव्स (इंजी। जैविक ऊर्जा विकल्प के लिए संस्थान) केवल दो हफ्तों में एक जीवित बैक्टीरियोफेज वायरस phiX174 एकत्र किया, इसके डीएनए - 5 हजार 386 न्यूक्लियोटाइड जोड़े को संश्लेषित किया। संश्लेषित वायरस व्यवहार में प्राकृतिक वायरस के समान है। और MIT के वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक और बैक्टीरियोफेज वायरस को भागों में विभाजित किया।

क्रेग वेंटर - सेल्फ इंस्टीट्यूट के प्रमुख जे क्रेग वेंटर संस्थान- JCVI), सिंथेटिक जीव विज्ञान के सबसे प्रमुख समर्थकों में से एक है। वह एक साधारण बुनियादी जीव प्राप्त करने का इरादा रखता है, जिस पर विभिन्न प्रकार के कृत्रिम या उधार जीनों के काम का परीक्षण किया जा सके। इसके अलावा, इस सार्वभौमिक कोड में से टुकड़े हैं विभिन्न जीव, विकास और प्रजनन सहित सेल के बुनियादी कार्यों को सुनिश्चित करने के लिए इस तरह से चुना गया। ऐसा "न्यूनतम" जीव प्रदान करेगा आदर्श स्थितियाँजीन के साथ प्रयोग के लिए, क्योंकि इसमें कुछ भी अतिश्योक्तिपूर्ण नहीं होगा। JCVI वैज्ञानिकों के एक समूह ने "न्यूनतम जीवाणु जीनोम" के लिए एक अमेरिकी पेटेंट दायर किया है जो जीवन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त है। एककोशिकीय जीव, और इसी तरह के एक अंतरराष्ट्रीय पेटेंट के लिए आवेदन किया, जिसमें 100 से अधिक देशों की सूची है जिसमें इसे इस कोड के लिए संस्थान के अधिकारों की रक्षा करनी चाहिए।

स्टीन रासमुसेन (इं. स्टीन रासमुसेन) लॉस एलामोस में अमेरिकन नेशनल लेबोरेटरी के सहयोगियों के साथ (इंग्लैंड। लॉस अलामोस नेशनल लैब) जीवन का एक मौलिक रूप से नया रूप बनाने का इरादा रखता है। केमिस्ट और भौतिक विज्ञानी एक प्रोटोसेल बनाने का इरादा रखते हैं, भले ही यह एक जीवाणु की तुलना में अधिक आदिम होगा, इसमें जीवन की मुख्य विशेषताएं होनी चाहिए: अपनी स्वयं की ऊर्जा उत्पन्न करना, संतान देना और यहां तक ​​​​कि विकसित होना। ये खोजें इस प्रश्न का उत्तर प्रदान कर सकती हैं कि जीवन का उद्भव एक दुर्घटना है या अनिवार्यता। लेखक द्वारा परिकल्पित प्रोटोसेल सबसे सरल होना चाहिए जीवित प्रणाली: वसा अम्ल, कुछ सर्फैक्टेंट और कृत्रिम न्यूक्लिक एसिड पीएनए (पीएनए, पेप्टाइड न्यूक्लिक एसिड)।

स्टीफन बैनर (इं. स्टीवन ए बेननर) अमेरिकन फाउंडेशन फॉर एप्लाइड मॉलिक्यूलर इवोल्यूशन से। एप्लाइड आण्विक विकास के लिए फाउंडेशन- FfAME) - सिंथेटिक जीव विज्ञान के अग्रदूतों में से एक। 2009 की शुरुआत में, उन्होंने लाइफ, द यूनिवर्स एंड नामक पुस्तक का विमोचन किया वैज्ञानिक विधि"(इंग्लैंड। जीवन, ब्रह्मांड और वैज्ञानिक पद्धति), जिसमें उन्होंने इस पर अपना दृष्टिकोण व्यक्त किया कि कैसे आधुनिक वैज्ञानिक जीवन की उत्पत्ति को समझने की कोशिश कर रहे हैं और इस तरह कल्पना करते हैं कि अन्य दुनिया में जीवन कैसा हो सकता है।

क्रांतिकारी सफलता 20 मई, 2010 को हुई। यह दिन इतिहास में हमेशा के लिए उस दिन के रूप में दर्ज हो जाएगा, जिस दिन एक संश्लेषित जीनोम पर आधारित पहली प्रतिकृति योग्य जीवित कोशिका के निर्माण की घोषणा की गई थी। उन्होंने खुद क्रेग वेंटर के मार्गदर्शन में क्रेग वेंटर इंस्टीट्यूट (जे क्रेग वेंटर) में एक कृत्रिम जीवित जीव बनाया। कुल मिलाकर, प्रजनन में सक्षम पहले सिंथेटिक जीव के निर्माण के लिए किए गए शोध में 15 साल से अधिक का समय लगा, लेकिन यह घटना विज्ञान के लिए एक क्रांतिकारी क्षमता रखती है और शायद, मानवता को सबसे महत्वाकांक्षी कार्यों को हल करने की अनुमति देगी, जैसे कि नए खाद्य कच्चे माल, दवाओं और टीकों के स्रोत, प्रदूषण पर विजय पर्यावरण, संश्लेषण साफ पानीऔर आदि।

वर्तमान में, दुनिया भर में 100 से अधिक प्रयोगशालाएँ सिंथेटिक जीव विज्ञान में लगी हुई हैं। इस क्षेत्र के नेताओं में से एक जीवविज्ञानी ड्रू एंडी हैं, जो इस क्षेत्र में काम को व्यवस्थित कर रहे हैं। इस क्षेत्र में काम के व्यवस्थितकरण से जीन के एक मानक सेट से विनिमेय "विवरण" का उपयोग करके वांछित गुणों वाले जीवों को डिजाइन करना संभव हो जाएगा। वैज्ञानिक एक व्यापक जेनेटिक बैंक बनाने का प्रयास करते हैं जो आपको कोई भी बनाने की अनुमति देता है वांछित जीव(बनाने के समान विद्युत सर्किटऔद्योगिक ट्रांजिस्टर और डायोड से)। बैंक बायोब्रिक्स (बायोब्रिक) से बना है - डीएनए के टुकड़े, जिनके कार्य को कड़ाई से परिभाषित किया गया है और जिन्हें ज्ञात प्रोटीन के संश्लेषण के लिए सेल जीनोम में पेश किया जा सकता है। सभी चयनित बायोब्रिक्स को दो स्तरों पर अन्य सभी के साथ अच्छी तरह से बातचीत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है:

• यांत्रिक - ताकि उन्हें आसानी से निर्मित, संग्रहीत और आनुवंशिक श्रृंखला में शामिल किया जा सके;
• सॉफ्टवेयर - ताकि प्रत्येक ईंट कुछ रासायनिक संकेत भेजे और अन्य कोड अंशों के साथ इंटरैक्ट करे

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में अब 140 से अधिक बायोब्रिक्स बनाए और व्यवस्थित किए गए हैं। कठिनाई इस तथ्य में निहित है कि कई इंजीनियर डीएनए टुकड़े, जब प्राप्तकर्ता सेल के आनुवंशिक कोड में पेश किए जाते हैं, तो इसे नष्ट कर देते हैं।

सिंथेटिक जीव विज्ञान आनुवंशिक रूप से इंजीनियर बैक्टीरिया बनाने में सक्षम है जो सस्ते और औद्योगिक मात्रा में सबसे जटिल और दुर्लभ दवाओं का उत्पादन कर सकता है। इंजीनियर जीनोम का कारण बन सकता है वैकल्पिक स्रोतऊर्जा (जैव ईंधन का संश्लेषण) या बैक्टीरिया के लिए जो अतिरिक्त हटाने में मदद करेगा कार्बन डाईऑक्साइडवातावरण से।

प्रयुक्त स्रोत:

1. संश्लेषित जीव विज्ञान। स्टीवन ए. बेनर और ए. माइकल सिस्मोर।प्रकृति समीक्षा। जेनेटिक्स, वॉल्यूम 6, जुलाई 2005, 533.
2. http://www.membrana.ru/particle/374
3. बायो बिल्डिंग बेसिक्स: सिंथेटिक बायोलॉजी के लिए एक वैचारिक निर्देश मैनुअल। नूह हेलमैन, वेन्डेल लिम, सर्जियो पेसाजोविच, डेविड पिंकस, और कैलिफोर्निया सैन फ्रांसिस्को के नीली सोमोविला विश्वविद्यालय, मई 2007।
4. सिंथेटिक जीव विज्ञान // विकिपीडिया
5. sciam.com
6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Green_fluorescent_protein