Hoe kunnen wetenschappers een virus kunstmatig synthetiseren?

Het eerste kunstmatige virus ter wereld werd eind 2003 gesynthetiseerd door een onderzoeksteam onder leiding van Craig Venter, die ook verantwoordelijk was voor de eerste sequentiebepaling van het menselijk genoom. Het virus was een Phi-X174-bacteriofaag (bacteriëneter) waarvan het genoom 5000 basenparen of nucleotiden heeft. Ter vergelijking: het menselijk genoom heeft ongeveer 3 miljard basenparen.

Het poliovirus, met 7.500 basenparen, is ook helemaal opnieuw gesynthetiseerd. Het Phi-X174-virus synthetiseren was een snelle taak - met moderne technologie duurde het slechts twee weken. Het synthetiseren van andere virii heeft maanden geduurd.

Het proces begint met de synthese van oligonucleotiden, die kleine lengten nucleotide (DNA of RNA) zijn met elk ongeveer twintig of minder basenparen. Omdat biologen al jaren oligonucleotiden synthetiseren, bestaan ​​er machines voor DNA-synthese die ze automatisch kunnen produceren. Het ontwerpen van de oligonucleotiden voor het Phi-X174-virus duurde slechts ongeveer acht uur, gevolgd door een vierdaags syntheseproces.

De volgende stap is de zuivering van de oligonucleotiden door gelelektroforese. De gezuiverde oligo's worden vervolgens gemerkt met speciale chemicaliën en opeenvolgend, één voor één, geassembleerd in een proces dat PCA (polymerase cycling assembly) wordt genoemd. Na 35 tot 70 cycli is een volledig chromosoom gemaakt van de kunstmatige oligo's gesynthetiseerd. Met behulp van PCR (polymerasekettingreactie) worden vervolgens veel kopieën van het oorspronkelijke chromosoom gemaakt, waarvan de beste worden geselecteerd met behulp van een andere cyclus van gelzuivering. Deze nucleotideketens worden vervolgens uit hun lineaire chromosomale vormen gecirculariseerd en worden infectieus.

De infectieuze chromosomen (virii) worden vervolgens getransplanteerd naar een agarplaat die bacteriën bevat voor consumptie. Binnen een dag zijn er al veel restanten van virale activiteit en zelfreplicatie te vinden, waaruit blijkt dat de synthese een succes was.

De synthese van kunstmatige virussen is besproken voor toepassingen zoals vermindering van vervuiling en geavanceerde filtering. Gespecialiseerde microben kunnen worden gemaakt om bijna alles te consumeren. Aan de andere kant is er altijd het risico dat een kwaadwillende partij deze technologie zou gebruiken om een ​​virus te creëren dat is ontworpen voor hoge virulentie of dodelijkheid tegen menselijke gastheren.