Come sarà l'assistenza medica del futuro sotto l'onda della tecnologia?

Con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia, il futuro della medicina sta inaugurando una rivoluzione guidata dall'editing genetico e dalla biologia sintetica. Tra queste, la microbiologia sta acquisendo sempre più importanza come ponte tra le scienze della vita e le loro applicazioni. Questo articolo vi accompagnerà in questo campo all'avanguardia, esplorerà le applicazioni dell'editing genetico e della biologia sintetica in microbiologia e come queste offrano possibilità illimitate per lo sviluppo medico futuro.

1. Editing genetico: un “bisturi” per la trasformazione precisa dei microrganismi

La tecnologia di editing genetico, in particolare il sistema CRISPR-Cas9, è considerata la "forbici genetiche" del XXI secolo. Può effettuare tagli e riparazioni precisi nel genoma dei microrganismi, ottenendo una regolazione precisa delle caratteristiche microbiche. In campo medico, questa tecnologia offre possibilità senza precedenti per la trasformazione e l'applicazione dei microrganismi.

Nello sviluppo di farmaci, la tecnologia di editing genetico può aiutarci a modificare i microrganismi in modo mirato, in modo che producano composti con effetti medicinali specifici. Ad esempio, modificando i percorsi metabolici dei microrganismi, possiamo fargli produrre più sostanze bioattive che sono benefiche per gli esseri umani, come antibiotici, vaccini, ecc. Inoltre, la tecnologia di editing genetico può anche essere utilizzata per ottimizzare le prestazioni di produzione dei microrganismi, migliorare la resa e la purezza dei farmaci e ridurre i costi di produzione.

Per quanto riguarda la cura delle malattie, la tecnologia di editing genetico ci offre nuove opzioni terapeutiche. Modificando i geni delle cellule umane, possiamo correggere le malattie genetiche causate da mutazioni genetiche; modificando i geni dei microrganismi, possiamo costruire "batteri ingegnerizzati" con funzioni specifiche per la cura e la prevenzione delle malattie. Ad esempio, i probiotici creati utilizzando la tecnologia di editing genetico possono eliminare i metaboliti nocivi dall'intestino e alleviare i sintomi di rare malattie metaboliche.

2. Biologia sintetica: progettista di nuovi sistemi biologici

La biologia sintetica è una disciplina interdisciplinare emergente che mira a raggiungere un controllo preciso dei processi vitali mediante la progettazione e la costruzione di nuovi sistemi biologici. Nel campo della microbiologia, la biologia sintetica ci offre nuove prospettive e strumenti per modificare e ottimizzare le prestazioni dei microrganismi.

Attraverso metodi di biologia sintetica, i ricercatori possono progettare e costruire ceppi microbici con percorsi metabolici specifici per produrre prodotti biologici con funzioni specifiche, come biocarburanti, bioplastiche, ecc. Questi bioprodotti non solo hanno il vantaggio di essere ecosostenibili e rinnovabili, ma possono anche apportare cambiamenti rivoluzionari alle industrie tradizionali. Inoltre, la biologia sintetica può essere utilizzata anche per costruire comunità microbiche con funzioni speciali, come quelle in grado di degradare gli inquinanti. Queste comunità possono svolgere un ruolo importante nell'ambiente e contribuire alla tutela dell'ambiente e allo sviluppo sostenibile.

La biologia sintetica è come un "progettista" che fornisce nuove idee e metodi per la ricerca e l'applicazione della microbiologia progettando e costruendo nuovi sistemi biologici. In microbiologia, la biologia sintetica viene utilizzata principalmente nei seguenti ambiti:

Sviluppo di nuovi percorsi biosintetici: utilizzando tecniche innovative della biologia sintetica, i ricercatori stanno progettando e costruendo percorsi metabolici con funzionalità senza precedenti. Questi percorsi metabolici unici possono dotare i microrganismi di straordinarie capacità di produrre composti utili più abbondanti e diversificati. Questa mossa può non solo migliorare significativamente l'efficienza produttiva e le prestazioni dei microrganismi, ma anche apportare innovazioni rivoluzionarie e nuovi percorsi di pensiero in settori chiave come lo sviluppo di farmaci e la bioenergia. Grazie a tali sforzi, i ricercatori continuano ad ampliare i confini della ricerca scientifica e ad infondere nuova vitalità al progresso e allo sviluppo umano.

Progettazione di nuovi percorsi metabolici efficienti e rispettosi dell'ambiente: la biologia sintetica ci ha aperto la strada per rimodellare i percorsi metabolici dei microrganismi, rendendoli più efficienti e rispettosi dell'ambiente. Ad esempio, i ricercatori possono creare con attenzione un nuovo sistema di fotosintesi che non solo può migliorare notevolmente l'efficienza dei microrganismi nel catturare l'energia solare, ma anche iniettare nuova vitalità nello sviluppo della bioenergia e aprire una nuova era nell'energia verde.

Promuovere la produzione innovativa di metaboliti eterologhi: l'applicazione della biologia sintetica consente ai ricercatori di oltrepassare i confini delle specie, integrare e ottimizzare in modo intelligente i percorsi metabolici di diversi organismi e quindi ottenere una produzione stabile di metaboliti eterologhi. Questa tecnologia ha dimostrato un grande potenziale nei campi della ricerca e dello sviluppo di nuovi farmaci, dell'innovazione dei biomateriali, ecc., apportando cambiamenti rivoluzionari alla ricerca scientifica e allo sviluppo industriale.

In breve, con il crescente progresso delle tecnologie di editing genetico e di biologia sintetica, ci troviamo alle soglie di una nuova era. Lì, settori come la medicina, l'agricoltura e la tutela dell'ambiente saranno rivitalizzati da queste tecnologie.

Figura: Diagramma schematico dell'alta tecnologia biologica (immagine generata dall'assistente intelligente Kimi)

Informazioni sull'autore: Liu Rongrong, Ph.D., è professore associato e supervisore di master presso il Dipartimento di microbiologia e biologia patogena, Facoltà di scienze mediche di base, Università medica dell'aeronautica militare dell'Esercito popolare di liberazione della Cina, membro della Shaanxi Microbiology Society, ed è impegnato nella ricerca relativa alle infezioni e all'immunità.