Sünteetiline bioloogia kui võimalus Eesti majanduse ja teaduse ühendamiseks

Väljavõte

1 Sünteetiline bioloogia: the next big thing Mart Loog Tehnoloogiainstituut

2 Sünteetiline bioloogia Sünteetiline bioloogia on uus eluteaduse suund, mis kasutab insenertehnilisi printsiipe, et süstemaatiliselt assambleerida standardiseeritud biomolekulaarseid mooduleid eesmärgiga ümberprogrammeerida rakkude käitumist ja anda rakkudele uusi kasulikke funktsioone. Kasutusalad: rakuvabrikud: ravimite, vaktsiinide, orgaaniliste ühendite süntees mikroorganismides tehiskoed Intelligentsed mikroorganismide kogukonnad biosensorid materjalid

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 Ei tohi segi ajada geenitehnoloogiat (genetic engineering) ja sünteetilist bioloogiat

13 Looduse ümberprogrammeerimine Reprogramming Life

14 Sekvenaator

15 Süntesaator

16

17 Sünteetiline pärm

18

19 Miks tekkis revolutsiooniline situatsioon just nüüd? DNA sekveneerimise võimekuse kasv ja hinna langus (viimased 15 aastat) DNA sünteesi hinna langus (viimased 5 aastat) Süsteemibioloogia esiletõus (ca viimased 15 aastat) Insener-disaini rakendamine sünteetiliste biomolekulaarsete süsteemide loomine (viimased 14 aastat)

20 Bioloogiliste süsteemide disain on... aeglane süsteemid ülikeerulised puuduvad standardid

21 Modulaarsus ja standardid

22

23

24 Bioloogilised süsteemid on suured ja keerulised.

25 Näiteid rakendustest Programmeeritud bakterid, mis tapavad vähirakke Raku-biosensorid allergia testiks Rakuvabrik malaaria ravimi tootmiseks

26 Programmeeritud bakterid, mis tapavad vähirakke Programmeeritud süsteem, mis koordineerib bakteripopulatsiooni tungimist vähirakkudesse. Vähirakkude hävitamine atsetüülsalitsüülhappe (Aspiriini) abil. CD - cytosine deaminase

27 Raku-biosensorid - allergia test Ausländer et al. (2014) Nat. Commun.

28 Amyris ja Artemisiniini lugu Esimene sünteetilise bioloogia firma: Amyris, Emeryville, California, asutatud miljonit $ Melinda ja Bill Gates i fondist malaariaravimi tootmiseks pärmist IPO 2010

29 25 g/l Artemisia annua biosünteetilisi ensüüme kodeerivad geenid viidi pärmi genoomi

30 Rakuvabrikud: Bio-kemikaalide, orgaaniliste ühendite (näiteks polümeeride tööstuse algühendite), ravimite, biokütuste tootmine disainerrakkudes. Naftakeemia produktide asendamine disainerrakkudes toodetud ühenditega, et vähendada tööstusliku sünteesi energiamahukust ja tööstuse üleüldist sõltuvust fossiilkeemiast.

31 Solazyme: ümberprogrammeeritud vetikad, mis toodavad palmiõli

32 Helendavad taimed

33 Elusad ehitusmaterjalid

34 Elusad ehitusmaterjalid

35

36 Sünteetiline elu Marsil

37 Sünteetiline elu Marsil

38 Sünteetiline elu Marsil

39 Kombineeritud neerud ja maks Combined Liver & Kidney Function

40 Kombineeritud neerud ja maks Combined Liver & Kidney Function

41 Combined Kidney & Liver Function = Kliver

42 As the branches of the tree of life, and of hominids, continue to grow and spread, many of our grandchildren will likely engineer themselves into what we would consider a new species, one with extraordinary capabilities, a Homo evolutis. Juan Enriquez, a well-respected futurist

43 Sünteetiline bioloogia kui võimalus Eestile

44 Võimalus viia Eesti sünteetilise bioloogiaga maailmakaardile 1) Luua sünteetilise bioloogia keskus(ed) (tuumiklaborid, infrastruktuur) 2) Kutsuda teadlased väljast siia ja luua võrgustikud maailma sünteetilise bioloogia keskuste vahel 3) Teadlastele, kes soovivad protsessist osa võtta rakenduslik grant (Singapuri näide) 4) Reformida õppekavad

45

46 Reformida õppekavad Eesti head eeldused: 1) Hea molekulaarbioloogia haridus 2) Hea inseneriharidus 3) Hea IT haridus (SynBioCAD) Võimalus luua uued õppekavad, mis ühendavad need kolm suunda.

47 Sünteetiline pärm

48 Build-a-genome kursus Johns Hopkins University. Esimene täielikult sünteetiline pärmi kromosoom (2014)

49

50 Fookus Rakuvabrikud (bakter, pärm, taim, imetaja rakuliinid) Rakkudel baseeruv diagnostika GMOd põllumajandusse Meditsiinilised rakendused (prosteetilised süsteemid, tehiskoed ja organid)

51

52

53

54

55

56

57 Solazyme, based in South San Francisco, Calif., has developed several strains of microalgae that can produce oils, proteins and complex sugars with specific characteristics to perform a variety of functions.

58 Solazyme, Inc. (Solazyme) makes oil. The Company's technology transforms a range of plant-based sugars into oils. Its renewable products can replace or enhance oils derived from the world's three existing sources-petroleum, plants and animal fats. The Company is focused on commercializing its products into three target markets: fuels and chemicals, nutrition, and skin and personal care. In 2010, the Company launched its products, the Golden Chlorella line of dietary supplements. In March 2011, the Company launched its Algenist brand for the luxury skin care market through marketing and distribution arrangements with Sephora S.A. (Sephora International), Sephora USA, Inc. (Sephora USA), and QVC, Inc. (QVC). Solazyme Inc. 225 GATEWAY BLVD. SOUTH SAN FRANCISCO CA Phone: +1 (650) Fax: +1 (302)

59 Current histamine-quantification assays include chromatography, fluorescence and immunoassay methods, which require large sample volumes and show a narrow dynamic range. Also, to reach the high level of sensitivity needed for diagnostic purposes, most histaminequantification technologies require partial enrichment of leukocytes or chemical derivatization of histamine, whichinvolves time-consuming, multistep sample preparations and sophisticated equipment.

60 Rakk kui arvuti (biocomputing)