Ферментативний синтез ДНК прискорює розробку вакцин та ліків

Дезоксирибонуклеїнова кислота є основним матеріалом сучасної медицини, проте залишається єдиною частиною розробки ліків, недоступною безпосередньо на лабораторному столі. Синтез ДНК, який є першим кроком у більшості біологічних процесів, включаючи синтез генів, створення праймерів для полімеразної ланцюгової реакції, розробку панелей для секвенування нового покоління та дослідження експресії генів, часто передається на аутсорсинг. Це пов'язано з історичною складністю та технічними викликами, пов'язаними з синтезом ДНК. Як наслідок, затримки замовлення та доставки створюють вузькі місця, які сповільнюють інновації.

Компанія DNA Script розробила настільну систему ферментативного синтезу ДНК, яка забезпечує швидкий, доступний та надійний синтез ДНК. Ксав'є Годрон, співзасновник та головний технологічний директор DNA Script, розповідає про переваги та потенціал цієї системи для прискорення проривів у генетичній медицині.

Ферментативний синтез ДНК є новою технікою синтезу ДНК з цифрової послідовності. Натхненний способом, яким природа створює ДНК, підхід використовує фермент трансферазу під назвою термінальна дезоксинуклеотидилтрансфераза для додавання нуклеотидів один за одним без потреби в матриці ДНК для керівництва процесом.

Порівняно з традиційним хімічним синтезом ДНК, зокрема фосфорамідитним методом, ферментативний синтез дозволяє створювати довші, більш складні послідовності ДНК з вищою ефективністю та якістю. Підхід також є більш екологічно чистим та простішим у виконанні, що робить його придатним для настільних технологій, таких як платформа SYNTAX компанії, для підвищення доступності.

Інтеграція ферментативного синтезу ДНК з настільною системою дозволяє вченим та інженерам друкувати свою ДНК тоді, коли вона їм потрібна, на вимогу, значно скорочуючи час обороту та прискорюючи цикл інновацій «проектування, створення, тестування».

До появи ферментативного синтезу принтери ДНК були досить громіздкими та складними в експлуатації. Вони вимагали експертизи на рівні доктора наук з органічної хімії, використовували великі кількості розчинників та генерували значні хімічні відходи. Як наслідок, більшість компаній передавали синтез ДНК на аутсорсинг невеликій кількості глобальних постачальників, отримуючи свої послідовності поштою, часто із затримками.

Ферментативний синтез змінює це. Наприклад, настільна платформа ферментативного синтезу ДНК SYNTAX робить друк ДНК простим та доступним, вимагаючи лише близько п'ятнадцяти хвилин практичної роботи, прискорюючи дослідження та підвищуючи продуктивність лабораторії. Внутрішній друк ДНК також підвищує конфіденційність даних. ДНК може містити цінну інтелектуальну власність, такі як послідовності антитіл або матричної РНК, або навіть чутливу інформацію про пацієнтів у деяких випадках. Можливість синтезувати ДНК власними силами забезпечує безпеку критичної інформації.

Нарешті, настільний синтез дає дослідникам більший контроль над їхніми ланцюгами постачання, що є все більш важливим фактором для деяких організацій, таких як фармацевтичні та урядові лабораторії.

Настільні принтери особливо необхідні для ефективного реагування на пандемії. Пандемія COVID-19 чітко продемонструвала важливість контролю ланцюгів постачання, коли глобальні порушення серйозно затримали доступ до послідовностей ДНК, необхідних для ПЛР-тестування, розробки вакцин та моніторингу вірусних мутацій.

Після COVID-19 компанія працює з різними організаціями для покращення готовності до потенційних нових пандемій, включаючи CEPI та Moderna. Одним з основних напрямків роботи є забезпечення швидкої розробки вакцин через швидкий, безпечний та децентралізований синтез ДНК.

Вакцини на основі матричної РНК потребують матриці ДНК для виробництва. Хоча саму матричну РНК можна виготовити швидко, створення матриці ДНК традиційно займає до місяця через повільні, біологічно-орієнтовані методи. Швидкий синтез ДНК на вимогу долає це вузьке місце, виробляючи матриці ДНК протягом днів без потреби в складних установках або високоспеціалізованому персоналі для керування процесом. Це прискорює терміни розробки вакцин та покращує доступність.

У контексті готовності до пандемії здатність швидше створювати прототипи є критичною. Вона забезпечує швидке проектування, тестування та оптимізацію кандидатів вакцин або терапевтичних засобів, скорочуючи час від ідентифікації патогена до клінічних випробувань. Той самий підхід поширюється за межі вакцин та може застосовуватися до лікування рідкісних захворювань або персоналізованих протиракових терапій на основі матричної РНК. В останньому випадку швидше біовиробництво може покращити час від діагностики до лікування та, зрештою, результати лікування пацієнтів.

Загалом технологія швидкого друку ДНК на вимогу скорочує цикли розробки та час виробництва, знижує витрати та підвищує адаптивність до еволюціонуючих потреб охорони здоров'я. Синтез ДНК на вимогу та децентралізація його виробництва мають потенціал значно прискорити прогрес у науках про життя.