Naslov
Biotechnology 2000: pogled u postgenomičko razdoblje
(Biotechnology 2000: view in postgenomic era)

Autori
Novak, Srđan

Izvornik
Kemija u industriji (0022-9830) 49 (2000), 12; 511-512

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Radovi u časopisima, vijest, stručni

Sažetak
Od 3.do 8. rujna u Berlinu je održan Svijetski kongres o biotehnologiji Biotechnology 2000. Tehnički detalji o kongresu mogu se naći u rubrici Društvene vijesti. Ovdje ćemo se pozabaviti onim što je bitno obilježilo ovaj skup: prodor novih tehnika koje će omogućiti neslućenu učinkovitost i sasvim novi pristup Od 3. do 8. rujna u Berlinu je održan Svjetski kongres o biotehnologiji- znanstvenim i razvojnim istraživanjima u biotehnologiji, poglavito u primjeni biotehnologije u farmaceutskoj proizvodnji. Bitni čimbenici ove male revolucije su: - kombinatorička kemija - odabir visoke djelotvornosti (high throughput screening) - nanotehnologija - genomika i proteomika - bioinformatika - dirigirana evolucija Kombinatorička kemija i razvitak metoda odabira visoke djelotovornosti (high throughput screening) revolucionirale su farmaceutsku kemiju i razvitak novih lijekova. Ove su metode bile odgovor na izazov koji stoji pred svakim farmaceutskim kemičarom: kako između 1060 manjih organskih molekula (koje se teoretski mogu pripraviti) pronaći potencijalne ljekove za sve moguće namjene. Svaki se lijek mora vezati na određenu receptorsku molekulu u živoj stanici, pa je vezanje molekule potencijalnog lijeka na receptorsku molekulu prvi i osnovni kriterij odabira. U tu svrhu konstruirani su potpuno automatizirani strojevi koji dnevno mogu pripraviti ili testirati milijun različitih spojeva. Pored automatizacije, ovaj je pristup zahtijevao i što veću minijaturizaciju reakcijskih volumena radi uštede kemikalija. To je postavilo nove zahtjeve za razvitkom vrlo osjetljivih analitičkih metoda. Suvremene analitičke metode približavaju se fantastičnoj i konačnoj granici osjetljivosti: detektirati jednu jedinu molekulu. Štoviše razvijene su i metode koje bi u skoroj budućnosti trebale omogućiti i preparativni rad sa jednom jedinom molekulom. U nadahnutom plenarnom predavanju nobelovac Manfred Eigen najavio je skoru pojavu metoda za određivanje sekvencije pojedinačnih molekula proteina i DNA. Tome će znatno pomoći ubrzani razvitak nanotehnologije. U jednom predavanju predstavljen je uređaj koji se sastoji od silikonske igle debljine 1-5 nanometara koja se može pomicati s preciznošću od desetinke nanometra i pritiskati ili rastezati veće makromolekule (DNA i proteine) silom reda veličine jednog pikonjutna. Minijaturizacija i automatizacija bitne su sastavnice razvoja genomike. Nedavno probijanje genetičke šifre ljudskog genoma, to jest određivanje redosljeda (sekvencije) tri milijarde nukleotida u DNA koja sačinjava ljudski genom, ne bi bilo moguće bez upotrebe automatiziranih strojeva, o čemu je već bilo govora u ovoj rubrici (broj 6, Kem. Ind. 49 (2000) 237). Razvitku genomike u velikoj je mjeri doprinjela primjena biočipova. Primjenom fotokemijske sinteze oligonukleotida u kombinaciji sa litografskim tehnikama koje se koriste u mikroelektroničkoj industriji došlo se do industrijske proizvodnje matrica koje sadrže nekoliko stotina tisuća različitih oligonukleotidnih proba na staklenoj pločici veličine jednog kvadratnog centimetra. Ovakove matrice omogućuju sve vrste detekcije zasnovane na hibridizaciji nukleinskih kiselina, pa se jednim biočipom može detekirati ekspresija stotinjak tisuća komplementarnih gena. Jedan takav biočip pokriva cjelokupni bakterijski genom pa čak i znatno veći genom pekarskog kvasca, što znači da se pomoću jednoga biočipa može pratiti ekspresija svih gena u bakterijskoj ili kvaščevoj stanici u određenim uvjetima. Za ljudski genom trebalo bi oko dvadesetak takovih biočipova, ali već jedan biočip sa pažljivo odabranim sastavom DNA fragmenata može biti izuzetno moćan alat za medicinsku dijagnostike ili testiranje djelovanja potencijalnih farmaceutskih preparata na ekspresiju stotinjak tisuća odabranih gena. Uz genomiku intenzivno se razvija i proteomika. Razvitak dvodimenzionalne elektroforeze visoke rezolucije i metoda za brzu identifikaciju proteina omogućuje detekciju svih proteina u stanici, slično kao što biočip detektira transkribirane gene. Genomika i proteomika omogućuju potpuno nov pristup istraživanjima u biologiji i biomedicini kao dvije metode odabira visoke djelotvornosti u otkrivanju novih lijekova, te na području dijagnostike. Smatra se da će te dvije metode omogućiti individualizaciju medicinske terapije gdje će se terapija prilagoditi genetičkoj specifičnosti svakog pojedinog pacijenta. Razvitak genomike je potakao razvitak bioinformatike. Osnovni cilj je da se jednodimenzionalna sekvencija nukleotida informatički poveže s trodimenzionalnom strukturom proteina i njegovom funkcijom u živoj stanici. Trenutno su najživlje aktivnosti na razvitku računala i odgovarajuće programske podrške kojom će se ta ogromna količini informacija obraditi. Prve katedre za bioinformatiku osnovane su prije svega nekoliko godina a danas ih nalazimo u velikom broju sveučilišta širom svijeta. Smatra se da će bionformatika biti jedna od najtraženijih struka u idućem desetljeću. Primjena robotike u molekularnoj biologiji u kombinaciji s metodama odabira velike djelotvornosti omogućila je nastanak još jedne moćne tehnike - dirigirane evolucije proteinskih molekula. Lančana reakcija polimeraze (PCR) koja služi za umnažanje odabranog uzorka DNA može se podesiti tako da se smanji točnost replikacije pa se na taj način dobiju mutirani fragmenti DNA koji nakon ubacivanja u bakterijsku stanicu proizvedu mutirani protein. Primjenom robota koji dnevno mogu obaviti veliki broj ovakovih manipulacija i testirati veliki broj mutanata na određeno, unaprijed zadano novo svojstvo (npr. termičku stabilnost), može se provesti evolucija proteina in vitro. Na kongresu je izložen primjer evolucije psihrofilne proteaze u termostabilnu za što je bilo dovoljno 13 pojedinačnih mutacija (tj. promjena 13 aminokiselina u proteinu). Ova će tehnika revolucionirati proteinsku kemiju, a moći će se primijeniti i za dirigiranu evoluciju biokemijskih puteva što će dati novi zamah metaboličkom inženjerstvu. Na kraju bi se moglo zaključiti da razvitak biotehnologije na pragu postgenomičkog razdoblja označava usvajanje novih tehnika i tehnologija iz različitih područja: optičke elektronike, tehnologije materijala, laserske tehnologije, robotike, nanotehnologije i računarstva. Sve ukazuje da su mnogi izazovi još pred nama.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Prehrambena tehnologija

POVEZANOST RADA