في وقت مبكر من جائحة COVID-19 ، حمّل العلماء في الصين التسلسل الجيني للفيروس (مخطط إنتاجه) إلى قواعد البيانات الجينية.
قامت مجموعة سويسرية بعد ذلك بتجميع الجينوم بأكمله وإنتاج الفيروس منه – بشكل أساسي نقل الفيروس عن بعد إلى مختبرهم للدراسة دون الحاجة إلى انتظار العينات الفيزيائية. هذه السرعة هي أحد الأمثلة على كيفية قيام طباعة الجينوم الكامل بتطوير الطب والمساعي الأخرى.
يعتبر تخليق الجينوم الكامل امتدادًا للمجال المزدهر للبيولوجيا التركيبية
يستخدم الباحثون البرمجيات لتصميم التسلسلات الجينية التي ينتجونها ويدخلونها في ميكروب ، وبالتالي إعادة برمجة الميكروب للقيام بالعمل المطلوب – مثل صنع دواء جديد.
حتى الآن ، تحصل الجينوم بشكل أساسي على تعديلات طفيفة.
لكن التحسينات في تكنولوجيا التوليف والبرمجيات تجعل من الممكن طباعة مساحات أكبر من المواد الجينية وتغيير الجينوم على نطاق أوسع.
تم إنتاج الجينومات الفيروسية ، وهي صغيرة جدًا ، أولاً ، بدءًا من عام 2002 باستخدام ما يقرب من 7500 نيوكليوتيد أو أحرف مشفرة في فيروس شلل الأطفال. كما هو الحال مع فيروس كورونا ، ساعدت هذه الجينومات الفيروسية المركبة الباحثين على اكتساب نظرة ثاقبة حول كيفية انتشار الفيروسات المرتبطة بها والتسبب في المرض.
تم تصميم بعضها للعمل في إنتاج اللقاحات والعلاجات المناعية.
أصبحت كتابة الجينومات التي تحتوي على ملايين النيوكليوتيدات ، كما هو الحال في البكتيريا والخميرة ، قابلة للتتبع أيضًا.
في عام 2019 ، طبع فريق نسخة من جينوم الإشريكية القولونية أتاحت مجالًا للرموز التي يمكن أن تجبر البكتيريا على تلبية طلبات العلماء. أنتج فريق آخر نسخة أولية من جينوم خميرة البيرة ، والتي تتكون من ما يقرب من 11 مليون حرف كود. سيسمح تصميم الجينوم وتوليفه بهذا المقياس للميكروبات بالعمل كمصانع ليس فقط لإنتاج الأدوية ولكن أيضًا لأي عدد من المواد. يمكن تصميمها لإنتاج المواد الكيميائية والوقود ومواد البناء الجديدة على نحو مستدام من الكتلة الحيوية غير الغذائية أو حتى الغازات العادمة مثل ثاني أكسيد الكربون.
يريد العديد من العلماء القدرة على كتابة جينومات أكبر ، مثل تلك الموجودة في النباتات والحيوانات والبشر. يتطلب الوصول إلى هناك استثمارًا أكبر في برامج التصميم (على الأرجح تتضمن الذكاء الاصطناعي) وفي طرق أسرع وأرخص لتركيب وتجميع تسلسلات الحمض النووي التي لا تقل عن ملايين النيوكليوتيدات. مع التمويل الكافي ، يمكن أن تصبح كتابة الجينوم على مقياس المليار نيوكليوتيد حقيقة قبل نهاية هذا العقد. لدى الباحثين العديد من التطبيقات في الاعتبار ، بما في ذلك تصميم النباتات التي تقاوم مسببات الأمراض وخط خلايا بشرية فائق الأمان – منيع ، على سبيل المثال ، للعدوى بالفيروسات والسرطان والإشعاع – والتي يمكن أن تكون أساس العلاجات القائمة على الخلايا أو التصنيع الحيوي. ستظهر حتما القدرة على كتابة الجينوم الخاص بنا ، مما سيمكن الأطباء من علاج العديد من الأمراض الوراثية ، إن لم يكن كلها.
بالطبع ، يمكن إساءة استخدام هندسة الجينوم الكامل ، حيث يكون الخوف الرئيسي هو مسببات الأمراض المُسلَّحة أو مكوناتها المولِّدة للسموم. سيحتاج العلماء والمهندسون إلى ابتكار مرشح أمان بيولوجي شامل: مجموعة من التقنيات الحالية والجديدة القادرة على اكتشاف ومراقبة انتشار التهديدات الجديدة في الوقت الفعلي. سيحتاج المحققون إلى ابتكار استراتيجيات اختبار يمكن توسيع نطاقها بسرعة. بشكل حاسم ، يجب على الحكومات في جميع أنحاء العالم أن تتعاون أكثر بكثير مما تفعله الآن.
تم وضع تحالف Genome Project-write في عام 2016 لتسهيل شبكة الأمان هذه. يضم المشروع مئات العلماء والمهندسين وعلماء الأخلاق من أكثر من اثني عشر دولة ممن يطورون التقنيات ويتبادلون أفضل الممارسات وينفذون مشاريع تجريبية ويستكشفون الآثار الأخلاقية والقانونية والمجتمعية.
