PROFILPELAJAR.COM

Некоторые биологические молекулярные машины

Инженерная биология (англ. engineering biology) — направление биоинженерии, объединяющее методы высокоуровневого проектирования и реализации искусственных организмов или их компонентов, в том числе ранее не существовавших в природе.

История

Идеи по созданию живых объектов с заданными свойствами долгое время находились на уровне теоретических разработок, которые носили в основном философский характер. Одной из первых работ по приложению научного метода к имеющимся на тот момент данным о физике живого стала работа Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики?» (1946)^[1].

Министерство обороны США с начала 2000-х годов финансировало работы в области синтетической биологии, сосредоточившись на подходах по сборке ДНК генноинженерных организмов из стандартных компонентов. В 2002 году был сформирован первый каталог таких элементов — DARPA BioComp^[2], насчитывавший около 300 стандартных генетических элементов: промоторов, сайтов связывания, терминаторов и генов флуоресценции, которые биоинженеры применяли в своей работе. Используя такие биоблоки, исследователи даже с небольшим опытом могли быстро спроектировать и синтезировать участки ДНК для разработки, например, живых бактерий-детекторов, которые начинали флуоресцировать в ответ на появление опасного химического соединения.

В течение первого десятилетия XXI века на развитие синтетической биологии решающее значение оказала общественная и профессиональная деятельность профессора Дрю Энди (Andrew Endy) из Массачусетского технологического института. В 2003 году в рамках консультативной исследовательской группы Jason’s при Министерстве обороны США д-р Энди организует специальную подгруппу по синтетической биологии. С целью увлечь Минобороны идеями независимости от нефтегазовых источников сырья, удешевления производства стратегических материалов, и создания новых детекторов, его подгруппа выпустила несколько докладов по перспективам использования прикладной биоинженерии в интересах национальной обороны и безопасности. В 2004 году он начнёт масштабную апробацию подходов проектирования биологических функций из стандартных биоблоков, организовав на базе Массачусетского технологического института ежегодные Международные соревнования по синтетической биологии IGEM.

Консультируя DARPA по проектам в области синтетической биологии, профессор Энди разрабатывает концепцию новейших биологических методов для проектирования запрограммированных «живых машин». Результаты своих исследований были сведены в работе «Foundations for engineering biology» (2005), опубликованной в журнале Nature^[3]. В статье был введён в оборот и раскрыт новый на тот момент термин — инженерная биология.

В это же время американский инженер и биолог Крейг Вентер в 2010 году создал первую клетку с искусственным геномом. Проект Synthia по синтезу бактериального генома длиной около 580 тысяч пар оснований, стоил на тот момент более $40 млн. Тем самым была продемонстрирована реализация подходов синтетической биологии по de novo синтезу целого генома живого организма.

В 2015 году член палаты представителей Сената США Джонсон Эдди Бернис представила проект билля об опережающем развитии отрасли^[4], который предполагает координацию действий в области инженерной биологии, осуществляемых со стороны Национального научного фонда, Министерства энергетики, НАСА, Национального института стандартов и технологий, Агентства по охране окружающей среды, и других федеральных ведомств.

Инструменты и методы

Одной из первых методологий по интеграции различных способов высокоуровневого описания биологических систем и методов их реализации в живой клетке стала платформа TASBE, разработанная специалистами Raytheon BBN Technologies, МТИ и Бостонского университета^[5]. В рамках платформы были объединены различные образцы программного обеспечения для автоматизированного проектирования функциональных живых систем^[6]

Примеры реализации

Биология и медицина

Энергетика

Живая солнечная батарея^[8]

См. также

Примечания

↑ Schrodinger, E. (1946). What is life?: the physical aspect of the living cell. Cambridge.
↑ Knight T. DARPA BioComp plasmid distribution 1.00 of standard biobrick components. — MIT Artificial Intelligence Laboratory, 2002. https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/21167 Архивная копия от 20 апреля 2015 на Wayback Machine
↑ Endy, D. (2005). Foundations for engineering biology. Nature, 438(7067), 449—453. doi:10.1038/nature04342
↑ H.R.591. — Engineering Biology Research and Development Act of 2015. https://www.congress.gov/bill/114th-congress/house-bill/591 Архивная копия от 11 декабря 2017 на Wayback Machine
↑ Beal, J., Weiss, R., Densmore, D., Adler, A., Babb, J., Bhatia, S., … & Loyall, J. (2011, June). TASBE: A tool-chain to accelerate synthetic biological engineering. In Proceedings of the 3rd International Workshop on Bio-Design Automation (pp. 19-21). http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.467.7189&rep=rep1&type=pdf Архивная копия от 6 января 2017 на Wayback Machine
↑ Алехин М. Д. Программные средства синтетической биологии для автоматизированного проектирования функциональных живых систем. М.: МФТИ, 2012. https://www.slideshare.net/defensenetwork/ss-13438005
↑ Teague, B. P., Guye, P., & Weiss, R. (2016). Synthetic Morphogenesis. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 8(9), a023929. doi:10.1101/cshperspect.a023929
↑ Schuergers, N., Werlang, C., Ajo-Franklin, C., & Boghossian, A. (2017). A Synthetic Biology Approach to Engineering Living Photovoltaics. Energy & Environmental Science. doi:10.1039/C7EE00282C

Литература

Клабуков И. Д. Сборник задач по инженерной биологии. М., 2016. doi:10.2139/ssrn.2898429
Kelley, N. J. (2015). Engineering Biology for Science & Industry : Accelerating Progress. http://nancyjkelley.com/wp-content/uploads/Meeting-Summary.Final_.6.9.15-Formatted.pdf
Kelley, N. J. (2014). The promise and challenge of engineering biology in the United States. Industrial Biotechnology, 10(3), 137—139. doi:10.1089/ind.2014.1516
Э. Шрёдингер. Что такое жизнь с точки зрения физики? / Пер. с англ. А. А. Малиновского. —— М.: РИМИС, 2009 —— 176 с., ил. ISBN 978—5-9650-0057—9.
Engineering Biology - профильный научный журнал издательства Wiley по проблемам инженерной биологии