Wat is synthetische genomica?
Synthetische genomica is een gebied van biochemie dat zich richt op het creëren van het genoom - de volledige verzameling van de genetische of erfelijke informatie van een organisme die nodig is om dat organisme in leven te houden. Het genoom van een organisme bestaat uit deoxyribonucleïnezuur (DNA) -moleculen die een code vormen. Delen van deze code, genen genoemd, regelen de vorming en interacties van eiwitten in de cellen van het organisme, waardoor het organisme kan functioneren. In synthetische genomics manipuleren en recreëren wetenschappers genomen voor onderzoeksdoeleinden of voor praktische toepassingen bij de productie van medicijnen en biobrandstoffen.
DNA bestaat uit zich herhalende structurele eenheden die nucleotiden worden genoemd, die basenparen vormen en de patronen vormen die de genetische code vormen. Nucleotiden en DNA-sequenties worden kunstmatig vervaardigd voor een verscheidenheid aan biochemische toepassingen, maar synthetische genomica is een meer betrokken proces. Om een functioneel synthetisch genoom te creëren, moet het natuurlijke genoom volledig bekend zijn en ofwel exact worden gerepliceerd of zodanig worden gemodificeerd dat er geen cruciale functies worden beïnvloed.
In 2010 creëerde een onderzoeksteam van het J. Craig Venter Institute in Rockville, Maryland het eerste synthetische bacteriële genoom. De bacterie, Mycoplasma mycoides, heeft een genoom dat bestaat uit een miljoen basenparen. Het team was in staat om het natuurlijke genoom van de bacterie te repliceren met behulp van synthetisch geproduceerde nucleotiden en het synthetische genoom in een cel van een andere bacterie te introduceren, waarbij het DNA van die bacterie werd vervangen door het synthetische Mycoplasma mycoides-DNA. Met het nieuwe genoom op zijn plaats, begon de cel te functioneren als een normale Mycoplasma mycoides-cel, met al zijn functies intact.
Complicaties bij het synthetiseren van een genoom kunnen gemakkelijk ontstaan vanwege de complexiteit van de betrokken systemen. Als een basenpaar bijvoorbeeld misplaatst is of ontbreekt, werkt de cel mogelijk helemaal niet. Evenzo moeten de biochemische processen waarmee de cel de informatie in het DNA leest en implementeert, en de chemische interacties van de celomgeving met het DNA correct zijn.
Synthetische genomica-technologie kan worden aangepast aan industriële en commerciële toepassingen, zoals de productie van biobrandstof. Vanaf 2011 onderzoeken sommige bedrijven de mogelijkheid om synthetische algen te maken die efficiënter zijn dan natuurlijk voorkomende algen bij het vangen en verwerken van koolstofdioxide tot bruikbare stoffen. Veel onderzoekers geloven dat engineering van algen op deze manier de productie van biobrandstof rendabeler en commercieel haalbaarder kan maken.
Andere projecten in synthetische genomica omvatten het synthetiseren van slechts een deel van een genoom om een organisme te modificeren voor gebruik in een industriële of wetenschappelijke capaciteit. Een voorbeeld is de aanpassing van planten genomen om gewassen beter bestand te maken tegen droogte of ongedierte. In de geneeskunde kunnen microben genetisch worden gewijzigd om te werken als remedie voor bepaalde ziekten of helpen bij gentherapie.