Singularity University Notes - Digital Biology (7 z 25)

Raymond McCauley: Biologia cyfrowa

Mówca:

Raymond bada, jak zastosowanie technologii w życiu - biologia, genetyka, medycyna, rolnictwo - wpływa na każdego z nas. Jest znany z opowiadania historii i praktycznych przykładów, aby pokazać, jak szybko zachodzą te zmiany.

Raymond jest: przewodniczącym Biotech Track na Singularity University (http://singularityu.org/), think tanku z Doliny Krzemowej, poświęconym szkoleniu liderów w zakresie technologii wykładniczych. Współzałożyciel i główny architekt BioCurious (http://biocurious.org/), hackerspace dla biotechnologii, organizacji non-profit, w której profesjonalni naukowcy, hobbystów DIYbio i przedsiębiorcy spotykają się, aby zaprojektować kolejną wielką rzecz, która wyjdzie z tego garaż w Dolinie Krzemowej. Część zespołu, który opracował sekwencjonowanie DNA nowej generacji w Illumina, gdzie pracował w bioinformatyce, sekwencjonowaniu raka i osobistej genomice. Jego prace i historia znalazły się w Wired, Forbes, Time i Nature.

Czego nauczyłem się od Raymonda

Podobnie jak Brad, Raymond również używał Prezi, linki do swoich slajdów tutaj

Raymond rozpoczął od zdefiniowania zakresu tego, co uważa za biotechnologię: 1/3 globalnej gospodarki: medycyny, rolnictwa, energii, produkcji i łańcucha dostaw (wiele definicji jest zbieżnych w różnych tematach technologicznych i do tej pory powinno to mieć sens)

Według Raymonda istnieją trzy elementy biologii cyfrowej: sekwencjonowanie DNA, inżynieria genetyczna i demokratyzujący dostęp do narzędzi.

Czym jest sekwencjonowanie?

Sekwencjonowanie genomu polega na ustaleniu kolejności nukleotydów lub zasad DNA w genomie - kolejności As, Cs, Gs i Ts, które składają się na DNA organizmu. Ludzki genom składa się z ponad 3 miliardów tych liter genetycznych.

Obecnie sekwencjonowanie DNA na dużą skalę - skala niezbędna do ambitnych projektów, takich jak sekwencjonowanie całego genomu - odbywa się głównie za pomocą zaawansowanych technologicznie maszyn. Tak jak twoje oko skanuje ciąg liter w celu odczytania zdania, maszyny te „czytają” sekwencję zasad DNA.

Sekwencja DNA, która została przetłumaczona z chemicznego alfabetu życia na nasz alfabet pisanych liter, może wyglądać następująco:

To znaczy, w tym konkretnym fragmencie DNA, po adeninie (A) następuje guanina (G), po której następuje tymina (T), po której następuje cytozyna ©, kolejna cytozyna © i tak dalej na.

Co to jest inżynieria genetyczna? Jest to proces dodawania nowego DNA do organizmu.

Zrozumiałem oba pojęcia: sekwencjonowanie rysuje obraz, inżynieria genetyczna zmienia obraz.

Wikipedia mówi:

„Inżynieria genetyczna, zwana także modyfikacją genetyczną, jest bezpośrednią manipulacją genomem organizmu za pomocą biotechnologii. Jest to zestaw technologii wykorzystywanych do zmiany struktury genetycznej komórek, w tym do przenoszenia genów w obrębie granic gatunków i między nimi w celu wytworzenia ulepszonych lub nowych organizmów. Nowe DNA można wstawić do genomu gospodarza, najpierw izolując i kopiując dany materiał genetyczny za pomocą metod klonowania molekularnego w celu wygenerowania sekwencji DNA lub przez syntezę DNA, a następnie wstawienie tego konstruktu do organizmu gospodarza. ”

Narzędzia i warunki

Biotechnologia jest podobna do wielu „czarnych skrzynek” w moim świecie. To niezwykłe niewiadome, o których po prostu „nie mogę” wiedzieć. Odkryłem, że łamanie otwartych czarnych skrzynek jest prawdopodobnie najlepszym wykorzystaniem mojego czasu. Pierwszym narzędziem wprowadzonym w rozmowie Biotech była DNA Micro Arrays. Jest to zasadniczo Biochip. Termin ten jest szczegółowo objaśniony w Internecie, poniżej umieszczono jeden z lepszych obrazów wyjaśniających mikromacierz.

Najbardziej przyjaznym dla użytkownika i skierowanym do konsumentów narzędziem było 23andMe. Ta firma pomaga ci ustalić, co twoje DNA mówi o tobie i twojej rodzinie za 99 USD. Wszystko czego potrzeba to trochę pluć i altówki. Co ciekawe, 23andMe napotkało pewne problemy FDA. 23andMe twierdził, że po prostu zajmują się rekreacyjną genomiką. FDA powiedziała „nie wiemy, jak rekreacyjnie mówi się ludziom, że zachorują na raka”. Przykłady wyglądu raportu DNA są pokazane w linku Prezi i wysoce zalecane.

W wyniku cyfryzacji biologii przemysł biotechnologiczny bardzo przestrzega prawa Moore'a i w rzeczywistości rozwija się znacznie szybciej. Koszt dekodowania ludzkiego genomu spadł ze 100 milionów USD w 2000 r. Do poniżej 99 USD. Raymond mówi, że będzie to równoznaczne z spłukaniem toalety w 2019 roku.

Dlaczego to wszystko jest tak ważne?

Raymond podzielił się osobistym przykładem, który był przerażający, ale interesujący. Kiedy Raymond wykonał własne sekwencjonowanie, dowiedział się, że ma duże prawdopodobieństwo wystąpienia AMD (zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem). To było oczywiście przerażające, ale Raymond coś z tym zrobił. Jest to cała sprawa przeciwko „ignorancji jest błogością”.

Ponieważ Raymond jest do-erem, zrobił prawie wszystkie z poniższych rzeczy i faktycznie pomógł w badaniach nad pokonaniem AMD w dość znaczący sposób

Niektóre przykłady tego, co uważa się za najnowocześniejsze w opiece zdrowotnej:

  • Verinata Health: Firma została przejęta przez Illumina, zapewnia nieinwazyjne badania rodzicielskie płodu. Chodzi o to, aby opieka zdrowotna była bardziej przewidywalna niż reaktywna
  • Zbliża się koniec mamogramów i kolonoskopii oraz ogólnie technik inwazyjnych. Pamiętam, kiedy mój ojciec wykonał angiografię, procedura była dość inwazyjna, w ubiegłym roku, kiedy moja matka wykonała tę samą procedurę, wkładanie rurki było przez jej ramię, a nie w wewnętrzną część uda
  • Medycyna szybko się digitalizuje, a wiele testów wymagających długich wizyt u lekarza staje się przystępnych cenowo (moim zdaniem nie wypada dobrze w dużych szpitalach lub laboratoriach diagnostycznych). Ta maszyna pokazana poniżej może wykonać testy na większość infekcji gardła w ciągu 20 minut, a maszyna kosztuje 200 USD

U podstaw wszystkich postępów technologicznych (szczególnie spadku kosztów) w biotechnologii lub biologii cyfrowej leży cyfryzacja strumienia pracy. Zera i jedynki są dość niesamowite, w rzeczywistości nasz mózg jest również podłączony do zer i jedynek (więcej na ten temat w sekcji neuronauki), następujące trzy technologie / firmy podjęły proces sekwencjonowania i inżynierii genetycznej i zmapowały swój proces w ramy cyfrowe:

  • Ion Torrent sekwencjonowanie półprzewodników Ten link jest jednym z najfajniejszych filmów, jakie kiedykolwiek widziałem (i właśnie nauczyłem się, jak wprowadzać filmy w Medium!). To taki wgląd, który umożliwia prawo Moore'a. Często przyjmujemy prawo Moore'a za pewnik, ale często zapominamy, że ludzki duch ma te chwile „Aha”, co mówi „dlaczego nie możemy użyć czegoś fundamentalnego w aparatach cyfrowych i zastosować tę samą koncepcję do sekwencjonowania DNA (ustalenie sekwencji G, A, T i C) ”… Wystarczy obejrzeć wideo.
  • Graniaip, teraz nabyty przez Roche, ma misję, aby informacje genetyczne były powszechnie dostępne
  • Technologie Oxford Nanopore bardzo skutecznie wykorzystują pamięć USB do przenoszenia analiz biologicznych. Sprawdź ich przebieg pracy

Chociaż narzędzia opisane powyżej są głównie związane z sekwencjonowaniem, proces inżynierii genetycznej przypomina bardziej tworzenie oprogramowania, to tutaj geny zostają wklejone i pojawiają się zasadniczo nowe typy organizmów. Tak wygląda edytor plazmidów (myślę, że mogą wyglądać o wiele ładniej / atrakcyjniej)

Dwa narzędzia inżynierii genetycznej, z którymi warto się bawić:

  • DNA 2.0 oferuje zintegrowany zestaw rozwiązań dla społeczności badawczej, w tym platformy inżynierii białek i wektorów, produkty takie jak wektory ekspresyjne, białka fluorescencyjne i chromogenne, szczepy komórkowe i odczynniki, a także projektowanie genów, optymalizacja, synteza i klonowanie. Sprawdź ich wideo (YOUTUBE otwiera się w Pakistanie !!!)

Podczas gdy podkreśla się wiele obaw związanych z inżynierią genetyczną (Monsanto jest często cytowane jako złe towarzystwo, które spieprzyło bioróżnorodność), należy uzasadnić wyeliminowanie niektórych genów (choć przyznaję, że nie w pełni rozumiem wpływ na nasz ekosystem) Jeśli to się wydarzy)

Już pierwszy ludzki zarodek został „zredagowany” przez CRISPR, ale ta wiadomość była zbyt kontrowersyjna, aby ją opublikować lub udostępnić.

Ostatnią rzeczą, którą chciałbym się podzielić na temat pracy Raymonda, jest jego super fajna firma zajmująca się nauką / wspólną przestrzenią o nazwie Bio-Curious! Planuję spędzić trochę czasu w tym obiekcie tego lata w Kalifornii

Wspaniałym pomysłem jest zdemultifikowanie przerażających warunków biologii i zwiększenie dostępności narzędzi. Ta myśl głęboko do mnie przemawia, ponieważ ja również uważam, że alokacja kapitału nie powinna być przywilejem nielicznych, a w rzeczywistości pozyskiwanie publiczności może być znacznie lepszej jakości. W tym celu korporacje i ich przywódcy będą musieli pokonać swoją paranoję i niepewność. Chociaż myślę, że o wiele większym problemem jest to, że większość liderów biznesu nie do końca rozumie, w jaki sposób i dlaczego ich firmy są cenne, ale to dyskusja po raz kolejny.

Co do tej pory dostarczył Bio-ciekawy? Microculus jest świetnym przykładem.

Ostatnia rozmowa Raymonda podsumowująca większość tego, co napisałem.

Pełny zestaw szczegółowych notatek dostępny pod tym linkiem