Τα κύτταρα ζόμπι δημιουργούνται μεταφέροντας τα γονιδιώματα των νεκρών βακτηρίων

Ένα ζωντανό, συνθετικό κύτταρο δημιουργήθηκε μεταφέροντας ολόκληρο το γονιδίωμα σε ένα νεκρό βακτήριο, επαναφέροντάς το στη ζωή. Μια σημαντική ανακάλυψη στη συνθετική βιολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στην προώθηση της τεράστιας, αλλά ακόμα μακρινής, υπόσχεσης των μηχανικών οργανισμών για τη δημιουργία βιώσιμων τροφίμων, φαρμακευτικών προϊόντων και νέων υλικών.

Η συνθετική βιολογία περιλαμβάνει τη δημιουργία νέων βιολογικών συστημάτων για την εισαγωγή νέων λειτουργιών, όπως η επανεγγραφή του DNA ζυμομύκητα για να κάνει τους οργανισμούς να παράγουν επιθυμητές χημικές ουσίες. Σε μια προσπάθεια να δημιουργήσουν περισσότερα μεταβλητά μικρόβια, το 2010 οι ερευνητές ανέλυσαν την αλληλουχία του βακτηριακού γονιδιώματος και στη συνέχεια το μεταμόσχευσαν σε ένα ζωντανό κύτταρο, δημιουργώντας αυτό που ονόμασαν το πρώτο συνθετικό κύτταρο.

Αλλά υπήρχε μια λίμνη. Είναι πολύ δύσκολο να είμαστε σίγουροι εάν ένα κύτταρο διέπεται πραγματικά από ένα συνθετικό γονιδίωμα και όχι από το αρχικό γονιδίωμα, επειδή τα βακτήρια απορροφούν συχνά γενετικό υλικό από το περιβάλλον και το προσθέτουν στο δικό τους γονιδίωμα κατά τη διαδικασία της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων.

Για να ξεπεράσετε αυτό το ζήτημα. Τζον Γκλας στο Ινστιτούτο J. Craig Venter (JCVI) στη La Jolla της Καλιφόρνια, και οι συνάδελφοί του ξεκίνησαν να σκοτώσουν το πρώτο κύτταρο ξενιστή – ή τουλάχιστον το γονιδίωμά του.

Οι ερευνητές στράφηκαν σε μια χημική ουσία που ονομάζεται mitomycin C, ένα φάρμακο χημειοθεραπείας που χρησιμοποιείται για να σκοτώνει τα καρκινικά κύτταρα καταστρέφοντας το DNA τους και το δοκίμασαν σε απλά βακτηριακά κύτταρα. Mycoplasma capricolum.

«Το κύτταρο είναι ακόμα υγιές, αλλά επειδή δεν μπορεί πλέον να αναπαραχθεί και δεν χρειάζεται πια το γονιδίωμα, θα πεθάνει ή είναι ήδη νεκρό», λέει ένα μέλος της ομάδας. Ζούμρα Σεϊντέλεπίσης στο JCVI

Στη συνέχεια πρόσθεσαν μια συνθετική εκδοχή στο γονιδίωμα ενός άλλου βακτηρίου. Mycoplasma mycoidesσε νεκρά κύτταρα χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται μεταφορά ολόκληρου γονιδιώματος.

Μερικά βακτήρια άρχισαν να αναπτύσσονται και να διαιρούνται τακτικά και γενετικά πειράματα έδειξαν ότι έφεραν ένα συνθετικό γονιδίωμα. Τα κάνει τα πρώτα ζωντανά, συνθετικά βακτηριακά κύτταρα που κατασκευάζονται από μη ζωντανά μέρη, λένε οι ερευνητές, οι οποίοι τα αποκαλούν «κύτταρα ζόμπι» επειδή ανασταίνουν μετά τον θάνατο.

“Παίρνουμε ένα κύτταρο χωρίς γονιδίωμα και είναι λειτουργικά νεκρό. Αλλά προσθέτοντας ένα νέο γονιδίωμα, αυτό το κύτταρο θα αναστηθεί”, λέει ο Glass.

Κέιτ Αδαμάλα Το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα αποκαλεί το έργο μια τεχνολογική ανακάλυψη. “Στέλνουν το ωφέλιμο φορτίο του γονιδιώματος σε έναν μη ζωντανό παραλήπτη, επομένως δεν στέλνουν βοήθεια από τα μηχανήματα επισκευής του οικοδεσπότη. Ουσιαστικά κλέβουν αυτό το κύτταρο πίσω”, λέει. «Είναι καταπληκτική δουλειά».

Είναι επίσης μπερδεμένος μεταξύ ζωής και μη ζωής, λέει ο Αδαμαλά. “Το επιχειρηματικό μοντέλο κάθε σωστά ζωντανού κυττάρου είναι ο μεταβολισμός και η αναπαραγωγή. Αυτές οι λειτουργίες είναι τα χαρακτηριστικά της ζωής. Ο δέκτης (το γονιδίωμα του κυττάρου) κάνει αυτόν τον ελάχιστα υπολειπόμενο μεταβολισμό και σίγουρα δεν αναπαράγει. Ποιο είναι λοιπόν το πραγματικό αποτύπωμα της ζωής;”

Μέλος της ομάδας Ελισάβετ Στρυχάλσκι στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας στο Gaithersburg, Maryland, προτείνει ότι η βιολογία μπορεί να λειτουργήσει μέσω των σπανιοτήτων της ζωής και του θανάτου. «Ελπίζω ότι αυτό οδηγεί τους ανθρώπους να σκεφτούν πώς η ζωή είναι μια σειρά από διαδικασίες και αν φέρουμε αυτή τη νοοτροπία σε αυτήν, μπορούμε να δούμε τον τρόπο ζωής μας και να ρωτήσουμε ποιες διαδικασίες χρειαζόμαστε πραγματικά για να πετύχουμε τον στόχο που προσπαθούμε να επιτύχουμε».

Μέχρι στιγμής η τεχνική έχει μόνο αποδειχθεί Μυκόπλασμααλλά η ομάδα το βλέπει ως απόδειξη αρχής που θα μπορούσε να επιτρέψει την ταχύτερη παραγωγή συνθετικών οργανισμών με τη λειτουργία μίνι χημικών εργοστασίων, την παραγωγή φαρμακευτικών φαρμάκων ή την περιβαλλοντική αποκατάσταση.

«Για πολύ καιρό, είχαμε τη δυνατότητα να συνθέσουμε μεγάλα κομμάτια DNA, αλλά δεν μπορέσαμε να τα παραδώσουμε εκεί που μπορούν να κάνουν χρήσιμα πράγματα», λέει ο Strychalski. «Είναι μια ιστορία που έχει γράψει ο Σαίξπηρ, αλλά δεν μπορεί να το κάνει».

Άκος Νύργες στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ λέει την ανάγκη να αντιμετωπιστεί η μεγάλη πρόκληση στη συνθετική βιολογία. «Αυτή η τεχνολογία καθιστά δυνατή την πρόβλεψη του γονιδιώματος και τη μεταφορά του σχεδίου με μεγαλύτερη ακρίβεια, κάτι που δυνητικά ανοίγει πολλές εφαρμογές σε άλλα είδη», είπε.

Μετακινηθείτε σε πιο σύνθετους οργανισμούς όπως μαγιά ή Ε. coli μπορεί να είναι πρόκληση επειδή αυτοί οι οργανισμοί έχουν ένα κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο Μυκόπλασμα ελλείψεις και μεγαλύτερα γονιδιώματα, αλλά η τέχνη του γυάλινου ποδοσφαίρου θα πετύχει και σε αυτά.

«Αν αυτό λειτουργεί για έναν τύπο οργανισμού, θα πρέπει να λειτουργεί και για έναν άλλο», λέει, και το εργαστήριό του ερευνά τρόπους αφαίρεσης και αντικατάστασης των κυτταρικών τοιχωμάτων. «Στις κατάλληλες συνθήκες ανάπτυξης, Ε. coli ένα νέο κελί, είπε.

Υπάρχει πάντα η πιθανότητα ζητημάτων βιοασφάλειας με τη συνθετική βιολογία, λέει ο Nyerges. Ο Μυκόπλασμα Τα είδη της μελέτης είναι παθογόνα σε κατσίκες και βοοειδή, αλλά λέει ότι δεν αναμένεται καμία τροποποίηση να αυξήσει τη λύσσα.

Ο Strychalski λέει ότι το εργοστάσιο διαθέτει βέλτιστες πρακτικές για να διασφαλίσει ότι ο κίνδυνος διαφυγής παθογόνων είναι ελάχιστος.