Cloud 'DNA Printing', Bagian 1

Bentuk puisi Genome
adalah bintang yang tersebar; jaring yang berkelap-kelip
sakelar yang diatur
Molekul disusun melalui ribuan tahun,
membeku mimpi air yang tak berkesudahan;
Palet kreatif tak terbatas dari Kimia
pengambilan sampel cahaya dan elemen
matahari dandelion, dipenggal sebagai bangsawan,
singa dicukur - masih membayangkan udara simbiosis
mengangkat material mereka yang hilang,
pada bundar, sayap bintang-rambut.
           - "Genom Manusia: Puisi di Kitab Kehidupan" oleh Gillian K. Ferguson

Vaksin ditanam di kepala selada ... karet ban mobil dan pesawat terbang yang terbuat dari getah taproot dandelion ... perancang "biologik" farmasi untuk memerangi penyakit autoimun seperti MS, diabetes ... enzim industri yang bersifat neoterik, polimer XNA buatan, biofuel pencernaan anaerob. ... Dalam perjalanan mereka dari DNA ke protein, masing-masing produk penting ini memiliki kesamaan: Mereka adalah hasil dari penggunaan molekul DNA rekombinan (rDNA) dalam proses yang disebut "pencetakan DNA" - alias "pengurutan gen buatan, sintesis dan produksi protein. "

Setiap produk dimulai sebagai "gen yang diminati" digital dalam basis data genom di Internet DNA berbasis cloud, direpresentasikan dalam kode program komputer yang menentukan urutan tepat empat blok bangunan kimia - "nukleobase" A, T, C dan G ([A] denine, [T] hymine, [C] ytosine dan [G] uanine) - di sepanjang segmen DNA yang akan digunakan untuk mengubah kode komputer sekuensial menjadi materi genetik yang sebenarnya.

Masing-masing berakhir sebagai "protein yang menarik" molekul organik dalam mesin laboratorium yang disebut "synthesizer," dikembangkan untuk digunakan dalam produksi protein, penemuan obat, diagnostik klinis dan pembuatan produk komersial yang bermanfaat.

Formula Baru

Dalam proses pencetakan DNA, genom tumbuhan dan hewan diurutkan dalam sekuens yang terkomputerisasi menggunakan teknologi gel elektroforesis, diterjemahkan dari kode genetik ke dalam kode komputer, diunggah ke database cloud (Internet DNA) untuk disimpan dan dianalisis, kemudian dirancang secara silico menggunakan perangkat lunak CAD.

Laboratorium kemudian mengunduh digital "gen yang menarik" segmen DNA untuk perakitan kimia dari untai DNA buatan yang menyatu dengan plasmid bakteri (segmen DNA non-kromosom replikasi) untuk menjadi klona molekul rDNA dan vektor ekspresi (pembawa agen).

RDNA dimasukkan ke dalam bakteri E. coli inang yang mereproduksi secara eksponensial melalui fisi biner untuk memperkuat fragmen genetik yang diunduh asli sebagai klon DNA individu dalam koloni yang mampu menghasilkan sejumlah besar gen target asli untuk memproduksi produk "protein yang menarik" dikodekan oleh gen itu.

Pencetakan DNA didasarkan pada aliran alami informasi genetik dalam sel dari DNA melalui RNA menjadi asam amino ke protein, dari gen ke protein, genom ke proteom, genomik ke proteomik. DNA, cetak biru dasar kehidupan, membentuk gen, instruksi untuk membuat protein - molekul kompleks yang melakukan sebagian besar pekerjaan dalam organisme hidup.
"DNA membuat RNA membuat protein menjadi Hidup."
Formula sederhana itu, yang telah bekerja dengan baik untuk kehidupan di Bumi selama setidaknya setengah miliar tahun, baru-baru ini telah berubah menjadi industri global modern triliunan dolar berdasarkan formula yang diperbarui: "Orang membuat DNA."

DNA, atau asam deoksiribonukleat, adalah makromolekul yang merupakan komponen utama kromosom pembawa gen di setiap inti sel - zat enzimatik yang berisi panduan instruksi genetik untuk pengembangan dan berfungsinya semua makhluk hidup. Ini menentukan warisan, kode untuk protein, dan membentuk inti yang membingungkan di mana perilaku, keinginan, ketakutan, dan kesehatan kita, sebagian besar, berputar.

"Pencapaian tunggal alam terbesar sampai saat ini pastinya adalah penemuan DNA molekul," tulis almarhum ilmuwan dan penulis Lewis Thomas dalam bukunya The Lives of a Cell . "Semua DNA hari ini, dirangkai melalui semua sel Bumi, hanyalah perpanjangan dan penjabaran dari molekul pertama."

Betapa pun hebatnya, DNA pada dasarnya adalah molekul kimia organik yang terbuat dari atom karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, dan fosfor. Namun dari bahan-bahan biasa seperti itu muncul unsur-unsur penting dari identitas fisik kita.

DNA telah memungkinkan kita untuk memanipulasi substansinya untuk menciptakan bentuk kehidupan yang tidak pernah dipahami oleh Alam. Perkembangan mendalam ini disebabkan oleh teknologi rDNA dan produksi protein rekombinan dalam proses pencetakan DNA.

DNA dan Protein rekombinan

rDNA mencakup cara di mana materi genetik dari satu organisme secara artifisial dimasukkan ke dalam genom organisme lain, dan kemudian direplikasi dan diekspresikan oleh organisme lain itu. Gen yang dimasukkan ke dalam organisme inang asing menghasilkan kombinasi genetik baru yang bernilai bagi sains, kedokteran, pertanian, dan banyak (jika tidak semua) bidang lainnya.

Sejak pemetaan genom manusia selesai pada tahun 2003, pencetakan DNA, teknologi rDNA, dan produksi protein rekombinan telah menjadi bisnis monster di seluruh dunia. Gen membuat protein yang menghasilkan kehidupan, tetapi manusia menggunakan gen dan protein yang diciptakannya untuk menghasilkan uang.

Ukuran pasar teknologi rDNA global, diperkirakan mencapai US $ 497,7 miliar pada tahun 2016, diperkirakan akan mencapai $ 844,6 miliar pada tahun 2025 (dan mungkin lebih banyak, lebih cepat), menurut laporan yang dirilis Grand View Research yang dirilis tahun lalu.

rDNA dimungkinkan karena molekul DNA dari semua organisme memiliki struktur kimia yang sama, dan hanya berbeda dalam urutan nukleotida di dalam struktur keseluruhan yang identik. Protein yang dapat dihasilkan dari ekspresi rDNA dalam sel hidup disebut "protein rekombinan."

Protein rekombinan adalah molekul organik yang telah dikodekan oleh gen rDNA hasil kloning. Protein rekombinan dihasilkan dari bentuk manipulasi protein yang dihasilkan dengan berbagai cara untuk menghasilkan sejumlah besar protein khusus, memodifikasi sekuens gen, dan memproduksi produk komersial yang bermanfaat seperti enzim, faktor pertumbuhan, hormon, antibodi, vaksin, dan banyak lagi.

Pasar protein rekombinan global dihargai $ 347,2 juta pada tahun 2016 dan diperkirakan akan melampaui $ 593,4 juta pada tahun 2025 secara global, menurut Coherent Market Insights.

Banyak "biologik" - obat-obatan atau obat-obatan yang terbuat dari campuran molekul besar dan kompleks dari organisme hidup dan termasuk jaringan, gen, alergen, komponen darah dan banyak lagi - hasil dari aplikasi protein rekombinan dan bekerja dengan menargetkan bahan kimia tertentu atau sel yang terlibat dalam respons sistem kekebalan tubuh. Biologis memerlukan persetujuan FDA untuk penggunaan komersial.

Beberapa biologik yang berasal dari rDNA yang terkenal digunakan untuk mengobati rheumatoid arthritis dan penyakit autoimun lainnya seperti psoriasis dan penyakit Crohn. Biologis ini termasuk Humira (adalimumab), Remicade (infliximab), Rituxan (rituximab) dan Enbrel (etanercept). Iklan-iklan TV yang mempromosikan produk-produk ini telah ditayangkan tanpa henti akhir-akhir ini, menargetkan populasi yang menua, seringkali sakit.

Pasar biologik bernilai $ 254,9 miliar pada 2017 dan memproyeksikannya mencapai $ 580,5 miliar pada 2026 dalam laporan Research and Markets yang diterbitkan musim semi ini.

Jumlah yang disebutkan di atas tidak diragukan tumpang tindih, tetapi uang tunai pasti mengalir dalam kisaran ratusan miliar dolar karena teknologi rDNA dan komposisi protein rekombinan telah menyebabkan banyak produk baru yang eksotis dari seluruh industri baru yang dikeluarkan dari laboratorium klinis, R&D, dan produksi ke pasar global.

Tak satu pun dari itu akan mungkin terjadi tanpa pengurutan genom manusia, yang memungkinkan pencetakan DNA.

Pencetakan 3D Konsep pencetakan DNA meminjam dari pencetakan 3D, proses pembuatan aditif menggunakan kontrol komputer untuk membuat objek tiga dimensi dari semua jenis (misalnya, alat, mainan, perhiasan, patung). Saat ini, bahkan ada senjata api cetak 3D. Mumi beku Eropa berusia 5.300 tahun Ötzi the Iceman telah diterjemahkan sebagai model plastik dan resin cetak-3D.

Pencetakan DNA adalah proses aditif 3D, karena setiap kromosom terdiri dari dua molekul DNA yang sangat besar yang saling melingkari (setiap untai adalah molekul terpisah).

Proses pembuatan DNA artifisial adalah "aditif" karena pencetakan DNA secara khusus melibatkan penggunaan stasiun kerja laboratorium otomatis untuk mensintesis (membuat dan membangun), merakit, dan menghasilkan bentangan DNA buatan yang disesuaikan.

Bisakah DNA "dicetak"? Iya dan tidak.

Dalam sekuensing DNA, empat nukleobase kimia fisik DNA - adenin, timin, sitosin, dan guanin - dapat direpresentasikan sebagai huruf A, T, C, dan G untuk keperluan menerjemahkan urutan berurutannya dalam gen dan genom. Surat-surat ini dapat disimpan dalam memori komputer, dikomunikasikan dalam bentuk elektronik, dan bahkan dicetak sebagai teks jika perlu.

Dalam mensintesis (membangun) DNA menjadi gen buatan, gen tersebut dirakit sebagai bahan kimia pada struktur fisik dan kemudian dikloning (disalin) - bukan "dicetak" dalam arti memproduksi bahan tertulis.

Bahan genetik yang dihasilkan digunakan untuk mengembangkan produk dan menyelidiki masalah teknis di banyak bidang ilmu kehidupan, seperti imunoterapi kanker, ilmu saraf, virologi dan desain vaksin, rekayasa antibodi terapeutik, penelitian biologi tanaman, biokimia, analisis dan manipulasi genom, dan banyak lagi.

Sebagian besar momentum berasal dari kemajuan baru-baru ini dalam satu kali misterius tetapi sekarang semakin mainstream teknik dan teknologi canggih di bidang-bidang seperti rekayasa genetika, bioteknologi industri, biologi sintetis, biologi komputasi, komputasi biologis, dalam pemodelan prediksi silico , cybergenomics dan bioinformatika.

Internet DNA - jaringan global basis data yang terkoneksi di cloud pada model komunikasi peer-to-peer - terdiri dari sederetan pusat data di seluruh dunia yang penuh dengan server yang berisi sekian bita byte informasi hewan, tanaman, dan genom mikroba.

Genome - 'Book of Life'

Genom adalah set lengkap kromosom di dalam sel yang mengandung semua gen dan DNA organisme (sementara proteom adalah pelengkap lengkap protein yang terjadi di dalam sel, jaringan, atau seluruh organisme).

Genom manusia adalah "buku kehidupan" kita. Di setiap sel ada 3 miliar pasangan basa, "huruf" DNA yang menjabarkan resep seseorang. Genom manusia adalah rangkaian lengkap rangkaian asam nukleat (DNA / RNA) untuk manusia, yang dikodekan dalam 23 pasangan kromosom dalam inti sel (dan dalam molekul DNA kecil yang ditemukan di dalam mitokondria individu di luar inti sel).

Genom manusia mengandung sekitar 20.000 gen, bentangan DNA yang mengkode protein. Gen pengkode terdiri dari cukup DNA untuk mengkode satu protein, tetapi gen-gen ini hanya sekitar 1,2 persen dari total genom, yang disebut "exome." 98,8 persen lainnya terdiri dari apa yang dikenal sebagai molekul DNA "noncoding".

Daerah pengkodean genomik non-protein yang tidak terkait langsung dengan pembuatan protein pernah disebut sebagai "sampah" DNA. Sekarang mereka dianggap lebih sebagai hutan yang penuh dengan hal-hal misterius. Grup ENCODE, sebuah proyek dari Institut Riset Genom Manusia Nasional AS (NHGRI), menghasilkan inventaris yang menakjubkan dari saklar, sinyal, dan rambu yang tertanam seperti rune di seluruh panjang DNA manusia.

Di sinilah genom cocok dengan sistem biologis yang hidup:
Organisme> jaringan> sel> inti sel> genom > kromosom> gen> DNA / RNA> nukleotida (blok pembangun dasar DNA)> pasangan nukleobase (AT / CG). (Catatan: Mitokondria - generator energi di luar inti sel - memiliki DNA sendiri dan merupakan topik lain.)

Nukleotida adalah sisi tulang punggung tangga spiral heliks ganda DNA, dan sisi-sisi ini dihubungkan bersama oleh empat jenis tangga kimia "langkah" yang berbeda: adenin-timin dan sitosin-guanin (juga dalam urutan terbalik - T / AG / C ).

Genom DNA lengkap pertama yang dipetakan dan diurutkan adalah dari bakteriofage phiX174 pada tahun 1977. Genom tanaman pertama yang diurutkan adalah Arabidopsis thaliana , anggota liar dari keluarga mustard, pada tahun 2000. Proyek Genom Manusia (HGP), yang melibatkan sekuensing dari 3 miliar pasangan basa yang membentuk genom manusia, selesai pada bulan April 2003.

Pengurutan menyebabkan sintesis, dan pada 2010, ahli bioteknologi Amerika, ahli biokimia, ahli genetika dan pengusaha J. Craig Venter, bersama dengan rekan-rekan dari Institute for Genomic Research (TIGR) dan J. Craig Venter Institute (JCVI), adalah yang pertama melakukan transeksi sel dengan kromosom sintetik, menggunakan DNA yang sepenuhnya disintesis untuk membuat mikroba yang mereplikasi diri, dijuluki laboratorium Mycoplasma.

(Source: TechNewsWorld)

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel