Genetische Wissenschaft dringt aus den Garagen der Amateure

Melanie Swan geriet nicht in Panik, als sie erfuhr, dass sie eine genetische Mutation geerbt hatte, die sie einem höheren Risiko für Herzinfarkt und Herz-Kreislauf-Erkrankungen aussetzte. Stattdessen führten sie und ein anderer "Garagenbiologe" eine Pilotstudie aus ihren eigenen Häusern durch und trafen eine Gegenmaßnahme.

Sie repräsentieren die Avantgarde der Do-it-yourself-Bewegung der Biologie - DIYBio, die darauf abzielt, die Macht des genetischen Verständnisses über Forschungseinrichtungen und Unternehmenslabore hinaus zu verbreiten.

Das Wissen über genetische Vererbung zu nutzen, um bessere Gesundheitsergebnisse zu erzielen, stellt "einen Geschmack von DIYBio" dar, sagt Swan.

Eine Zukunft voller Garagenbiologen ist weit weg, verlangsamt durch die Kosten der Ausrüstung und die Schwierigkeit der Wissenschaft. Es verspricht schnellere und kostengünstigere Behandlungen für Krankheiten, zusammen mit den anderen Vorteilen - und Gefahren -, dass solche potenten Informationen weit verbreitet sind.

Swan wurde mit der transformativen Kraft der genetischen Wissenschaft entzückt, während er 12 Jahre lang als Unternehmer im Silicon Valley arbeitete. Das führte zu ihrem jüngsten Startup, einem gemeinnützigen Service namens DIYgenomics.

DIYgenomics präsentiert eine Open-Source-Online- und Mobile-Plattform, auf der Menschen besser verstehen können, was ihre genetische Vererbung im Hinblick auf bestimmte Gesundheitsrisiken bedeutet.

Android- und iPhone-Nutzer können gleichermaßen Web-Apps herunterladen, die genomische Sequenzierungsdienste kommerzieller Unternehmen vergleichen. Aber DIYgenomics leitet auch die neugierige Person, die Studien darüber entwerfen möchte, wie ein bestimmtes genetisches Make-up die sportliche Leistung oder die Reaktion auf ein bestimmtes Medikament beeinflussen kann.

"Wir versuchen, Präventivmedizin zu machen", sagte Swan, indem er die genomischen Daten einer Person in Verbindung mit physikalischen Messungen für bestimmte Zustände wie Makuladegeneration und Alterung untersuchte. "Wir machen Citizen Science-Experimente, bei denen wir verschiedene Interventionen versuchen, um das Niveau aktueller Biomarker zu beeinflussen, während sie noch präklinisch sind", sagte sie

Entschlüsselung Ihrer Gesundheit

Heute kann jeder sein gesamtes Genom durch kommerzielle Dienstleistungen sequenzieren lassen - zu einem Preis von Tausenden von Dollar. Aber auch billigere Gentests, wie sie von der Firma 23andme angeboten werden, können potentiell nützliche Informationen für die Menschen liefern.

Gentests ergaben, dass Swan zu den Individuen gehörte, die eine defiziente Form des MTHFR-Gens geerbt hatten. Der Mangel kann zu höheren Konzentrationen einer Aminosäure führen, die im Blut als Homocystein bezeichnet wird. Zu viel von dieser Aminosäure ist nach Angaben der American Heart Association mit einem höheren Risiko für koronare Herzkrankheit und Schlaganfall in Verbindung gebracht worden.

Während ihrer Pilotstudie stützten sich Swan, ihre Kollegin und drei weitere Freiwillige auf kommerzielle Bluttests, um ihren Gesundheitszustand zu überwachen. Sie testeten auch verschiedene Behandlungen, indem sie Centrum-Multivitamine und Folsäure-Präparate methodisch einnahmen.

Durch das Testen einzelner und kombinierter Mittel in Folge fand Swan eine bestimmte Aufnahme von Vitamin B9 und Folsäure half dabei, ihren Homocysteinspiegel zu senken. Die gesamte Pilotstudie habe es geschafft, die Homocysteinspiegel um 30 Prozent zu senken, sagte sie - vergleichbar mit früheren Ergebnissen aus groß angelegten klinischen Studien.

Swan hofft, dass die breitere DIYBio-Bewegung letztendlich dazu beitragen kann, die Kosten für selbst durchgeführte Experimente zu senken. Anstatt sich auf die 100-Dollar-Labortests für Homocystein eines kommerziellen Unternehmens zu verlassen, sieht sie einen gemeinsamen Laborraum vor, mit billigeren Versionen von Finger-Prick-Tests, die in Echtzeit gelesen werden können.

Vorstellung des Bürgerwissenschaftlers

Die Idee von Citizen Scientists in der modernen Genetik geht auf den Anfang dieses Gebiets zurück - es war ein österreichischer Mönch, Gregor Mendel, der die Gesetze der genetischen Vererbung durch die Zucht von Erbsenpflanzen in seinem Klostergarten im 19. Jahrhundert entdeckte.

Diese Art von DIY-Geist inspirierte Biocurious, eine Nonprofit-Gruppe in Mountain View, Kalifornien, die einen Gemeinschaftslabor Platz für interessierte Hobbyisten und Bürger Wissenschaftler bietet. Ihre Bemühungen vereinen so unterschiedliche Menschen wie Molekularbiologen, Maschinenbauingenieure, Computerprogrammierer und Künstler.

"Mit BioCurious versuchen wir eine wichtige Infrastruktur und eine Umgebung für eine neue Generation von Technologen bereitzustellen, um die Fähigkeiten zu erwerben, die notwendig sind, um die Macht der billigen [genetischen] Sequenzierung und Synthese zu nutzen", sagte Joseph Jackson, Mitbegründer von Biocurious.

Wann genau die Garage Biologie wirklich ausziehen wird, bleibt unbekannt, sagte Jackson. Heutige Praktizierende könnten lediglich dem eines 1970er-Hausbrauerei-Computerclubs entsprechen - oder sie könnten das Internet 1993 kurz vor dem ersten großen Boom verkörpern.

Es ist schwierig, ohne Unternehmensgelder oder staatliche Zuschüsse zu arbeiten. Um seine Einrichtungen aufzurüsten, startete Biocourious ein Projekt auf der Crowdsourcing-Website Kickstarter, wo es Spenden in Höhe von mehr als 35.000 US-Dollar sammelte. (Im Gegenzug für die Beiträge, bot es Preise jenseits der üblichen T-Shirts. Versprechen Beitragszahler waren in der Lage, ein Poster ihrer eigenen fluoreszierenden Zellen unter dem Mikroskop gesehen, und sogar eine Chance, eine PCR-Maschine, die für die schnelle Replikation verwendet wird, zu gewinnen DNA-Stücke für die Analyse.)

Die Zusagen, plus monatliche Mitgliedsbeiträge - die laut den Biocurious-Gründern nicht mehr als 200 US-Dollar pro Monat übersteigen sollten - würden helfen, das derzeitige Labor zu erweitern, um weiter fortgeschrittene Forschung in heißen Gebieten wie synthetischer Biologie zu ermöglichen, sagte Jackson. Im Gegensatz zur traditionellen Gentechnik, die typischerweise Teile des bestehenden genetischen Codes eintauscht, zielt die synthetische Biologie darauf ab, lebende Organismen durch die Schaffung von Code, der in der Natur nicht existiert, zu gestalten oder neu zu gestalten.

Die Grenzen testen

Ein Mangel an Finanzierung, Ausrüstung und Fachkenntnissen bedeutet, dass Garagenbiologen immer noch nicht in der Lage sind, die neuesten Errungenschaften von Forschern wie J. Craig Venter nachzuahmen.Im Mai wurde Venters Gruppe die erste, die ein synthetisches Genom in eine lebende Zelle transplantierte.

Biologie ist sehr hart ", sagte Jackson gegenüber LiveScience." Es gibt eine Tendenz, zu übertreiben, was kurzfristig getan werden kann, und dabei nicht zu schätzen, was von den Citizen Scientists auf lange Sicht getan werden kann. "

Garage Biologie zeigt, wie die Praxis der Wissenschaft, und ihre Vorteile, über die Türen der großen Institutionen, Universitäten und Unternehmen verbreiten können. Während Wissenschaftler sich vorstellen, dass ein solcher Sprung eine Zukunft bedeuten würde, in der jeder mit einem Heimlabor eine bessere Mikrobe zur Reinigung von Öl schaffen könnte, befürchten sie, dass das gleiche Spielfeld irgendjemanden eine Überbelastung der Grippe entwickeln könnte.

Solche Implikationen veranlassten die Präsidentenkommission für das Studium der Bioethik, im Rahmen eines Juli-Treffens in Washington über synthetische Biologie die Zukunft der Garage Biologie zu untersuchen. Die Kommission trat erneut in Philadelphia zusammen und hat ein weiteres Treffen für November in Atlanta geplant.

Forscher können bereits eine Million Basenpaare von Grund auf neu zusammenstellen. (Ein Basenpaar besteht aus zwei Nukleotidmolekülen, die einander gegenüber auf komplementären DNA- und RNA-Strängen sitzen.) In sechs weiteren Jahren könnten sie 100 Millionen Basenpaare oder fast die Größe von Genomen des Wurms bilden C. elegans oder die Fruchtfliege Drosophila.

Dennoch sehen sich führende Forscher großen Herausforderungen gegenüber, herauszufinden, wie man die Millionen von DNA-Basenpaaren sinnvoll zusammenfügt. Nicht zu wissen, wie man ein funktionelles Genom von Grund auf neu konstruiert, setzt der synthetischen Biologie heute große Grenzen.

Ein wachsames Auge behalten

Trotz der aktuellen praktischen Grenzen sowohl in der Garage Biologie als auch in der synthetischen Biologie haben Experten darüber nachgedacht, wie staatliche Aufsichtsbehörden die synthetische Biologie in den eher informellen Umgebungen des Garagenlabors überwachen könnten.

Mehr als die Hälfte der Amerikaner wollen laut einer aktuellen Umfrage, dass die Regulierungsbehörden die Forschung zur synthetischen Biologie im Auge behalten. Nur 36 Prozent würden freiwillige Richtlinien bevorzugen, die sowohl von der Industrie als auch von der Regierung entwickelt werden.

Es könnte sich jedoch als schwierig erweisen, Bedrohungen oder Gefahren durch neu hergestellte, unbekannte Gensequenzen zu erkennen. Kein Biosicherheitssystem könnte in absehbarer Zukunft die Möglichkeit eines Schadens innerhalb eines DNA-Stücks vorhersagen, heißt es in einem Bericht der National Institutes of Health vom August.

Die NIH schlug vor, dass ein System zumindest nach Gensequenzen bekannter gefährlicher Agenzien, wie z Bacillus anthracis verantwortlich für Anthrax.

Unternehmen, die synthetische DNA liefern, haben bereits begonnen, freiwillig zu wachen, so dass eine Anfrage eines Kunden nach einer bestimmten Gensequenz, die zu einem schädlichen Virus oder zu schädlichen Bakterien gehört, eine Warnung auslösen könnte. Die Unternehmen haben sich auch zusammengetan, um andere verdächtige Aktivitäten aufzuspüren, z. B. wenn ein Kunde seine Anträge auf Gensequenzierung an mehrere Unternehmen verteilt.

Aber Swan of DIYgenomics sagte: "Die kurzfristige Sorge wäre der versehentliche Missbrauch von Biogefährdungsmaterialien, anstatt etwas Schädliches von DNA-Synthesizern zu drucken."

Während sich Garagenbiologen bisher große Mühe gegeben haben, sichere Arbeitsumgebungen zu gewährleisten, sagte Swan, dass der Austausch von Fachwissen und Ausrüstung die unmittelbaren Risiken eines Laborunfalls reduzieren könnte.

Bessere Vision durch Kooperation

Experten bestreiten den Namen DIYBio und weisen darauf hin, dass die Garage Biologie eine Gruppenarbeit erfordert. Jackson of Biocurious sagte, dass er den Spitznamen "DIWO" für "mach es mit anderen" bevorzugt.

Robert Carlson, Leiter des in Seattle ansässigen Start-ups Biodesic, wies im Juli darauf hin, dass offene Zusammenarbeit es nicht nur erfahrenen Mitgliedern der Gemeinschaft ermöglicht, Anfängern zu helfen, sondern ihnen auch die Möglichkeit zu geben, potenziell gefährliche Dinge zu überwachen und abzuschrecken oder illegale Aktivitäten.

"Ich denke, dass ich versuche, den Überblick zu behalten, was die Leute machen, zu versuchen, dass die Leute sich freiwillig melden und es gemeinsam tun, das ist großartig", sagte Carlson.

Das FBI scheint diesen kollaborativen Ansatz akzeptiert zu haben, indem es in den letzten Jahren viele Workshops und Workshops der Werkstattbiologie besucht hat. Im Gegenzug begrüßten Werkstatt-Biologen das Interesse des FBI, weil die Agentur sich selbst zum offensichtlichen Ansprechpartner für alle Fragen gemacht hat, die mit der Strafverfolgung zusammenhängen.

Prognose für die Zukunft

Niemand kann garantieren, wie gut Garage Biologie und synthetische Biologie zusammen arbeiten, um die Zukunft zu schmieden. Aber eine Ressource könnte einen Blick darauf werfen: Prognosemärkte haben geholfen, alles von der Anzahl der Grippefälle bis hin zu Hollywood-Kassenzahlen zu prognostizieren.

Ein Prognosemarkt, der sich auf synthetische Biologie konzentriert, könnte bald beginnen, mit freundlicher Genehmigung eines Stipendiums der National Science Foundation und des Woodrow Wilson Centers in Washington, D.C.

So wie Börseninvestoren die Aktien eines Fortune-500-Unternehmens kaufen, weil sie denken, dass der Preis steigen wird, setzen Prognosemarktteilnehmer Wetten auf bestimmte Ergebnisse und kaufen "Aktien", die auszahlen, wenn ihre Vermutung sich als richtig erweist.

Der neue Prognosemarkt zielt darauf ab, ein paar hundert Teilnehmer zu rekrutieren, könnte aber mit nur ein paar Dutzend auskommen, so Patrick Polischuk, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Synthetic Biology Project des Woodrow Wilson Centers.

Es wird erwartet, dass die Bemühungen den Forschern helfen, ihr Fachwissen zu bündeln, unabhängig davon, ob sie in einem Regierungslabor oder in einer Garage arbeiten.

"In Bezug auf die Ziele ist dies sowohl ein Engagement-Werkzeug als auch ein Prognosewerkzeug", sagte Polischuk in einer E-Mail. "Es sollte hilfreich sein zu sehen, welche Art von Fragen die Synthetische Biologie gerne stellen würde, und auch hilfreich, um einige prädiktive Antworten zu erhalten."

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