DNA-Synthesetechnologien zur Schließung der Genschreiblücke

NPL hat in Zusammenarbeit mit London Biofoundry und BiologIC Technologies Ltd eine Analyse zu bestehenden und neu entstehenden DNA-Synthesetechnologien veröffentlicht Nature Reviews Chemiemit der Arbeit auf der Titelseite.

Die von DSTL initiierte Studie zielte darauf ab, den Entwicklungspfad der DNA-Synthese als wichtigen Industrieantrieb für die britische Wirtschaft in den nächsten 10 Jahren zu verstehen. Die Nachfrage nach synthetischer DNA wächst exponentiell. Unsere Fähigkeit, DNA herzustellen oder zu schreiben, hinkt jedoch unserer Fähigkeit hinterher, sie zu sequenzieren oder zu lesen. Die Studie überprüfte bestehende und neu entstehende DNA-Synthesetechnologien, die entwickelt wurden, um diese Lücke beim Schreiben von Genen zu schließen.

DNA oder Gene bieten ein universelles Werkzeug, um lebende Systeme zu konstruieren und zu manipulieren. Die jüngsten Fortschritte in der DNA-Synthese haben grenzenlose Möglichkeiten in einer Vielzahl von Industriesektoren eröffnet. Ingenieurbiologie, Therapie und Diagnostik, Datenspeicherung, Verteidigung und Nanotechnologie stehen alle vor beispiellosen Durchbrüchen, wenn DNA in großem Maßstab und zu niedrigen Kosten bereitgestellt werden kann.

Beispielsweise wurde DNA bereits zum Schreiben von Büchern, Episoden von Netflix-Serien und Videospielen verwendet und wird zur Katalogisierung der gesamten British Library verwendet. Nur ein Gramm DNA speichert schätzungsweise über 17 Exabyte an Informationen, während 5 Exabyte ausreichen, um alle von der Menschheit gesprochenen Wörter zu speichern.

Die Übersicht beschreibt die DNA-Chemie, vergleicht die Wirksamkeit von Synthesetechnologien, skizziert die Vor- und Nachteile kommerzialisierter Techniken gegenüber zukünftigen Optimierungen und diskutiert Aufsicht, Sicherheit, Dequalifizierung, Automatisierung und Standardisierung der DNA-Synthese.

Die Überprüfung identifizierte gemeinsame Trends und Abhängigkeiten bei DNA-Synthesetechnologien sowie führende Unternehmen, die innovative Lösungen entwickeln, um aktuelle Einschränkungen zu umgehen. Mit bestehenden Technologien ist es jetzt möglich, große DNA-Moleküle und viele DNA-Moleküle gleichzeitig auf winzigen Mikrochips herzustellen.

Da die DNA-Synthese erschwinglich wird, gibt es viele Optionen, die von der Industrie angeboten werden, von der kundenspezifischen DNA-Synthese bis hin zu Labor-DNA-Druckern, die es nicht erfahrenen Benutzern ermöglichen, selbst DNA herzustellen. Es bleibt jedoch noch viel zu tun, bevor wir in der Lage sind, Gene und Genome in voller Größe herzustellen und dadurch die Lücke beim Schreiben von Genen zu schließen.

Max Ryadnov, NPL Fellow, sagte: „Neben anderen Herausforderungen sind die Entwicklung robuster Metrologie und geeigneter Standards erforderlich, um die Aufnahme synthetischer DNA durch die Endverbraucher zu beschleunigen und zu sichern. Von besonderer Bedeutung ist dies für das britische National Engineering Biology-Programm, entwickelt, um auf den Fähigkeiten des Vereinigten Königreichs aufzubauen, um Unternehmen und die Kommerzialisierung von Basistechnologien anzukurbeln. NPL unterstützt dieses Unterfangen durch die Entwicklung einer Toolbox mit rückverfolgbaren Referenzmaterialien, Methoden und Standards, die weitere Entwicklungen auf diesem Gebiet untermauern werden.“