Avaleht

Viimastel kümnenditel on edukalt kasutusele võetud inseneriteaduste meetodid bioloogiat põhjalikult muutnud. Uute suundadena on tekkinud näiteks klassikaline biotehnoloogia, aga ka praegu väga aktuaalseks suunaks kujunenud sünteetiline bioloogia.

Sünteetiline bioloogia on interdistsiplinaarne teadus,  mis ühendab endas traditsioonilise geenitehnoloogia, biofüüsika ja süsteemibioloogia põhialuseid kaasates samal ajal aga ka elemente arvutite abil loodavate mudelite ja matemaatilise modelleerimise valdkonnast. Sünteetilisest bioloogiast on kujunenud tõeliselt ainulaadne teadussuund, mille abil on võimalik luua keerulisi bioloogilisi masinaid. Hiljutised edusammud sünteetilise DNA tehnoloogias on võimaldanud  ümber muuta paljudes rakendustes nagu näiteks väärtuslike biokeemiliste ühendite tootmine või ravimite loomine, mille osaks on keerulised bioloogilised terapeutilised ja sensorsüsteemid.

Viimased edusammud sünteetilises bioloogias on viinud läbimurreteni mitmetes praktilistes rakendustes. Üheks selliseks näiteks on biokeemiliste radade ülekandmine raskesti kultiveeritavalt peremehelt lihtsalt kasvatatavale ainuraksele organismile. Näiteks mitmete taimse päritoluga ühendite tootmine on viidud mikroorganismidesse - malaariavastast ravimit artemisiniini (1) ja mitmete vürtside (näiteks safrani ja vanilli) põhilisi koostisosi toodetakse pärmides. Muundatud rakud on tähtsad ka meditsiinis. Selle üheks näiteks on molekulaarsed sensor / efektor süsteemid, mis jälgivad meie organismis toimuvat ja vastusena molekulaarsele tõukele toodavad terapeutilisi metaboliite ainevahetushaigustega võitlemiseks (2). Teiseks näiteks on muundatud immuunrakud, millel on eriti suur potentsiaal ravivahendina, kuna need tunnevad ära ja hävitavad vähirakke ning võivad immuunsüsteemi teatud moel pärssida aitamaks võidelda autoimmuunhaigustega (2).

Sünteetiline bioloogia ja keemiatehnoloogia täiendavad teineteist ja tihti saavutatakse parimaid tulemusi siis kui neid rakendatakse koos. Näideteks võib bioloogilisi süsteeme kasutada sisestatuna erinevatest materjalidest kapslitesse või maatriksitesse. Laialt kasutatavaks võimaluseks on teatud kemikaalide kasutamine kutsumaks esile soovitud reaktsioonie bioloogilistes süsteemides (keemiline bioloogia ja kemo-geneetika)(3), mis laiemas hõlmab ka kemikaalide kasutamist ravimitena. Pool-sünteetiline meetod, mis seob sünteetilise bioloogia hilisema orgaanilise keemilise sünteesiga, on sageli kõige efektiivsemaks viisiks, kuidas toota  niivõrd keerulisi ja väärtuslikke kemikaale nagu näiteks antibiootikumid (4). Tippkeskuses käsitleme molekulaarset rakutehnoloogiat käsitletud kui ala, milles tegeletakse rakkude muutmisega nii DNA-tehnoloogia kui ka keemia tehnikate abil.  

Lisaks sellele, et molekulaarne rakutehnoloogia kujutab endast võimsat tööriista praktilistes rakendustes, saab seda väga edukalt kasutada ka fundamentaalteaduste edendamiseks. Heaks näiteks on ainevahetuse ja regulatsiooniradade funktsionaalsete kaartide loomine ja molekulaarsondid, mis aitavad selgitada bioloogia alusprotsesse (5). Kokkuvõtteks võib öelda, et nendel uutel bioloogia suundadel on suur potentsiaal tekitada oluline läbimurre bioloogiliste süsteemide põhialuste mõistmises.

1. C. J. Paddon et al., High‐level semi‐synthetic production of the potent antimalarial artemisinin. Nature. 496, 528–532 (2013).
2. F. Lienert, J. J. Lohmueller, A. Garg, P. A. Silver, Synthetic biology in mammalian cells: next generation research tools and therapeutics. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 15, 95–107 (2014).
3. F. Cong, A. K. Cheung, S.‐M. A. Huang, Chemical Genetics–Based Target Identification in Drug Discovery. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 52, 57–78 (2012).
4. P. M. Wright, I. B. Seiple, A. G. Myers, The Evolving Role of Chemical Synthesis in Antibacterial Drug Discovery. Angew. Chem. Int. Ed. 53, 8840–8869 (2014).
5. D. E. Cameron, C. J. Bashor, J. J. Collins, A brief history of synthetic biology. Nat. Rev. Microbiol. 12, 381– 390 (2014).