Synthetische Biologie
Gestalten Sie die Biologie neu, um einige der dringendsten Probleme der Welt zu lösen.
Was ist synthetische Biologie?
Synthetische Biologie ist ein breit gefasster Begriff, der sich auf die Manipulation von Stoffwechselwegen bezieht, um Mikroben dazu zu bringen, Proteine in einer sehr vorhersehbaren Weise durch den Einsatz von technologischen Prinzipien wie dem Design-Build-Test-Learn-Ansatz (DBTL) herzustellen. Manchmal werden einzelne Gene verändert, manchmal werden ganze Genome für gewünschte Eigenschaften bearbeitet.
Die synthetische Biologie ist ein interdisziplinäres Gebiet, das Prinzipien aus der Biologie, dem Ingenieurwesen und der Informatik kombiniert, um biologische Teile, Geräte und Systeme mit neuartigen Funktionen oder Fähigkeiten zu entwerfen und zu konstruieren. Sie verfügt über das Potential, Anwendungen im akademischen und industriellen Umfeld wesentlich voranzubringen, darunter die Generierung neuartiger Therapeutika und Impfstoffe, die Pflanzenwissenschaften und die Biokraftstoffe. Der Fokus liegt häufig auf der Generierung, Charakterisierung und Isolierung von Teilen natürlicher biologischer Systeme, bevor sie als Komponenten eines künstlich hergestellten biologischen Signalwegs verwendet werden.
Vorteile der synthetischen Biologie
Das Konzept einer biobasierten Wirtschaft ist von zentraler Bedeutung für die Vision einer nachhaltigen Zukunft auf Basis der synthetischen Biologie. Diese Wirtschaft basiert auf erneuerbaren biologischen Ressourcen zur Erzeugung von Lebensmitteln, Materialien und Energie, was die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert und die Umweltbelastung minimiert. Durch die Transformation der Art und Weise, wie wir Ressourcen produzieren und verbrauchen, hat die synthetische Biologie das Potenzial, nachhaltigere und widerstandsfähigere Volkswirtschaften zu schaffen.
Die synthetische Biologie stellt einen transformativen Ansatz zur Lösung einiger der dringendsten Herausforderungen der Welt dar. Durch die Nutzung der Prinzipien der Gentechnik und Biologie bietet dieses Feld innovative Lösungen, die den Fortschritt im Gesundheitswesen, in der Lebensmittelproduktion und in der Umweltverträglichkeit vorantreiben können.
Wofür wird synthetische Biologie eingesetzt?
Das Wesentliche der synthetischen Biologie liegt in ihrer Fähigkeit, das Leben auf seiner grundlegendsten Ebene zu gestalten, was es uns ermöglicht, biologische Systeme mit beispielloser Präzision und Zweckmäßigkeit neu zu erfinden und nachzubilden. Von der schnellen Entwicklung von Impfstoffen, die Pandemien stoppen können, bis hin zur Erzeugung von kultiviertem Fleisch, das die Umweltbelastung der traditionellen Landwirtschaft reduziert, revolutioniert die synthetische Biologie die Art und Weise, wie wir Probleme angehen und Lösungen entwickeln.
Um tiefer in die neuesten Fortschritte und Anwendungen von CRISPR-Cas9 in der Krankheitsforschung und -behandlung einzutauchen, lesen Sie den Blog und verfolgen Sie die jüngste Episode des Podcasts Drug Target Review von Molecular Devices mit Dr. Pietro De Angeli vom Forschungsinstitut für Augenheilkunde am Universitätsklinikum Tübingen und Dr. Maarten vom Princess Maxima Center.
Gesundheitswesen:
Die synthetische Biologie revolutioniert das Gesundheitswesen, indem sie die Entwicklung neuer Therapien und Impfstoffe ermöglicht. So können etwa gentechnisch veränderte Bakterien und Viren dazu genutzt werden, Patienten therapeutische Gene zuzuführen, während Verfahren der synthetischen Biologie eingesetzt werden, um komplexe biologische Wirkstoffe effizienter herzustellen.
Neben Impfstoffen wird die synthetische Biologie auch zur Entwicklung neuer Therapien für genetische Erkrankungen eingesetzt. Beispielsweise hat sich die CRISPR-Cas9-Technologie als vielversprechend bei der Korrektur genetischer Mutationen erwiesen, die Krankheiten wie Sichelzellenanämie und Mukoviszidose verursachen. Durch präzises Editieren der DNA betroffener Zellen können Forscher diese Krankheiten möglicherweise an ihrer genetischen Wurzel heilen. Dadurch verbessert sich nicht nur die Lebensqualität der von diesen Erkrankungen betroffenen Personen, sondern es werden auch die langfristigen Gesundheitskosten gesenkt, die mit der Behandlung chronischer Krankheiten verbunden sind.
Nachhaltige Lebensmittelproduktion:
Durch die Entwicklung von Mikroorganismen zur Herstellung von Lebensmittelinhaltsstoffen kann die synthetische Biologie dazu beitragen, die Nahrungsmittelknappheit zu bekämpfen und die Umweltauswirkungen der traditionellen Landwirtschaft zu reduzieren. Kultiviertes Fleisch, das aus der Züchtung tierischer Zellen in einem Labor hergestellt wird, ist eine vielversprechende Anwendung, die den Bedarf an Viehzucht und die damit verbundenen Umweltbelastungen deutlich verringern könnte. Durch die Züchtung tierischer Zellen im Labor können Wissenschaftler Fleisch herstellen, ohne dass Vieh gezüchtet und geschlachtet werden muss. Dieser Ansatz führt zu einer deutlichen Reduzierung der Treibhausgasemissionen, der Nutzung von Land und dem Verbrauch von Wasser im Zusammenhang mit der konventionellen Fleischproduktion.
Neben der Herstellung von kultiviertem Fleisch wird die synthetische Biologie auch zur Entwicklung von Mikroorganismen eingesetzt, um Lebensmittelinhaltsstoffe wie Proteine, Aromen und Vitamine herzustellen. Diese biobasierten Inhaltsstoffe können nachhaltiger und mit weniger Ressourcen produziert werden als mit herkömmlichen landwirtschaftlichen Methoden. Durch Präzisionsfermentation können beispielsweise Proteine und andere Nährstoffe im großen Maßstab produziert werden und so zu einem widerstandsfähigeren und nachhaltigeren Lebensmittelsystem beitragen.
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Umweltmanagement:
Darüber hinaus kann die synthetische Biologie durch die Entwicklung biobasierter Materialien und die Bioremediation von Schadstoffen auch zur ökologischen Nachhaltigkeit beitragen. Mithilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen lassen sich Umweltgifte abbauen und biologisch abbaubare Kunststoffe herstellen, die umweltfreundlichere Alternativen zu herkömmlichen industriellen Prozessen bieten.
Automatisierung der synthetischen Biologie
DER DBTL-ANSATZ (DESIGN-BUILD-TEST-LEARN)
Eines der grundlegenden Konzepte in der synthetischen Biologie ist die Idee von „Biobricks“, standardisierten DNA-Sequenzen, die in verschiedenen Kombinationen zusammengesetzt werden können, um genetische Konstrukte zu erstellen. Gemäß dem Ansatz des DBTL-Zyklus (Design-Build-Test-Learn) ermöglicht die synthetische Biologie das systematische und vorhersehbare gentechnische Konstruieren biologischer Systeme, ähnlich der Art und Weise, wie elektronische Komponenten zum Aufbau komplexer Kreisläufe verwendet werden.
AUTOMATISIERUNG IHRES ARBEITSABLAUFS DER SYNTHETISCHEN BIOLOGIE
Anwendungen der synthetischen Biologie mit hohem Durchsatz profitieren in hohem Maße von der gesteigerten Produktivität eines robotergesteuerten mikrobiellen Kolonie-Pickers wie unserem QPix Microbial Colony Picker, der mit einer automatischen Datenverfolgung und Datenbankverwaltung bis zu 30.000 Kolonien pro Tag aufnimmt. Er kann in einen durchgängigen molekularen Arbeitsablauf integriert werden, wodurch der Durchsatz erhöht wird und dem Benutzer mehr Zeit für andere Aufgaben bleibt.
Anwendungen und Ressourcen der synthetischen Biologie
Die synthetische Biologie ermöglicht das Design und die Konstruktion von maßgeschneiderten biologischen Systemen mit den gewünschten Funktionalitäten.