Top Banner
Синтез искусственных генов Институт биоорганической химии НАН Беларуси Алексей Янцевич, научный сотрудник Ярослав Диченко, научный сотрудник
23

Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Mar 21, 2017

Download

Science

Sciencehit.by
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Синтез искусственных генов

Институт биоорганической химии НАН БеларусиАлексей Янцевич, научный сотрудникЯрослав Диченко, научный сотрудник

Page 2: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

ЭПИГРАФ

DNA is like a computer program but far, far more advanced than any software ever created.

- Bill Gates -

Page 3: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Что такое генГен – автономный модуль наследственной информации.

ИнформацияДНК (4 типа звеньев):

A, T, G, C

РеализацияБелок (20 типов звеньев):G, L, Y, S, E, Q, D, N, F, A, K, R, H, C, V, P, W, I, M, T

Вырожденность генетического кода:UAA=UUG=CUU=CUC=CUA=CUG=L

Page 4: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Что такое искусственный(синтетический) ген

Синтетическая биология – проектирование и создание биологических систем с заданными свойствами и функциями, которые не имеют аналогов в природе.

Синтетический ген – фрагмент ДНК, полученный с использованием комплекса химических, физических и энзиматических методов.

Page 5: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Кому нужны гены

Искусственныегены

ДНК-вакцины, векторы дла генотерапииГенотерапия наследственных заболеваний

Рекомбинантные гуманизированные антителаМедицина

Новые гены – новые ферментыБелковая инженерия

Новые организмыИскусственная жизнь

Новые лекарстваБиофармацевтика

Метаболическая инженерия

1 г ДНК=1ПБХранение информации (NAM – Nucleic Acid Memory)

ДНК-чипыДиагностика

Page 6: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Зачем гены могут понадобиться обычному человеку?

Стив, но зачем обычному человеку может

понадобиться компьютер???

2017 г.

1976 г.

Page 7: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

А пока:

Page 8: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Возможно, через 20 лет на Марсе…

Page 9: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Сколько стоит ген

Page 10: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Мировой рынок Оборудование для комбинаторной химии:• 5.0 млн. $ (2012 г.)

Олигонуклеотиды:• 500 млн. $ (2006 г.)• 776 млн. $ (2010 г.)

Продукты синтетической биологии:0.6 млрд. $ (2006 г.)1.1 млрд. $ (2010 г.)1.6 млрд. $ (2011 г.)2.4 млрд. $ (2013 г.)10.8 млрд. $ (2016 г.)

Page 11: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Структура рынка синтетической биологии

Page 12: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Как получают гены(ДНК-принтинг)

Синтез коротких фрагментов ДНК

Планирование Оптимизация гена

Сборка генаКлонирование гена Очистка ДНК

5' 3'

5'

3'

3'

5'

5'3'

Олигонуклеотиды

Ген

Разбиение гена на олигонуклеотиды

Page 13: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Как хотелось бы…

Episode 1“I Have An Idea.”

Episode 2(final)

“I Have The Gene.”

Page 14: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Что если так и получится…

………2021

Page 15: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

А дальше…Lab-On-Chip - автосинтезаторы генов

Page 16: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

И, наконец:

………2025

Page 17: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Проблемы Оборудование и ПО для синтеза ДНК за 30 лет

подвергалось лишь небольшим изменениям, что является причиной удержания цен на синтетические гены.

ПО для управления оборудованием:• Десктопные приложения;• Привязаны к архитектуре компьютера;• Часто работает нестабильно.

Автосинтезатора генов на мировом рынке нет.

Page 18: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Цель Создать прототип автоматизированной системы

синтеза искусственных генов, управляемый распределенным web-приложением.

Что нужно делать:• Оптимизировать ген (подобрать правильные кодоны)• Разбить ген на перекрывающиеся фрагменты для синтеза• Рассчитать эффективную программу синтеза• Синтезировать олигонуклеотиды• Очистить олигонуклеотиды• Сшить олигонуклеотиды• Вставить в вектор для клонирования• Клонировать

Page 19: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Как реализовать

Аппаратный интерфейс01

Облачный сервис1. Разбиение гена на фрагменты

2. Оптимизация программы синтеза3. Вспомогательные расчеты

4. Запуск процессов5 . Мониторинг состояния

Глубокая настройка и конфигурирование

Аппаратный интерфейс02

Emdedded-Компьютер1. Управление2. Web-Сервер3. WIFI hot-spot

REST API

Оборудование для синтеза олигонуклеотидов

(CDS ABI 380)

Дополнительное оборудование -синтез генов

(клапаны, датчики, насосы, терморегуляторы и пр.

Page 20: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Структура ПОПрограммный модуль Функция

Редактор и дизайнер генов

Создание и оптимизация нуклеотидных последовательностей, связь с БД генов.

Редактор функций Функция – состояние прибора при выполнении синтетического цикла.

Редактор синтетических циклов

Цикл – последовательность функций, активируемых в течение определенного времени.

Редактор метода синтеза

Метод синтеза – последовательность состояний узлов оборудования.

Диагностика Проверка основных узлов оборудования на работоспособность, проверка связи.

Прямой контроль Управление отдельными узлами оборудования: включить-выключить, установить состояние.

Системный монитор Мониторинг процессов и состояний, получение данных с датчиков.

Page 21: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Что имеется

Интерес

Синтезатор олигонуклеотидов

Ненужные вещи

Raspberry PiЦель

1 месяц

Радиодетали

Небольшая команда

Page 22: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

Кто нужен / Что нужно

UX/UI-дизайнер JS-программисты

Все, кто готов серьезно включиться в работу.

Page 23: Автоматизированная система синтеза искусственных генов (АССИГ)

The END

Вопросыи

Cпасибо за внимание!Алексей Янцевич, [email protected]

Ярослав Диченко, [email protected]