Το SpudCell είναι το πρώτο συνθετικό κυτταρικό σύστημα κατασκευασμένο από μη ζωντανά συστατικά για να ολοκληρώσει τον πλήρη κυτταρικό κύκλο
Orion Venus, Adamala Lab
Το “SpudCell” αναγγέλλεται από τους συγγραφείς του ως μια σημαντική εξέλιξη στη συνθετική βιολογία. Κάποια από αυτή τη διαφημιστική εκστρατεία είναι δικαιολογημένη – ναι, υπάρχει ένα κύτταρο, αλλά ίσως όχι αρκετό ώστε να μπορείτε να το ονομάσετε ζωντανό κύτταρο. Έχει 36 γονίδια που του επιτρέπουν να αντιγράφει το DNA και στην αρχή αναπαράγεται, αλλά χρειάζεται πολλά απ’ έξω και αποτυγχάνει μετά από πέντε περίπου διαιρέσεις. Ωστόσο, πέτυχε πολύ περισσότερα από οποιαδήποτε άλλη ομάδα, επομένως είναι αναμφισβήτητα το μεγαλύτερο κατόρθωμα της σύγχρονης βιομηχανικής.
Δημιουργήθηκε από Κέιτ Αδαμάλα στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα και στους συναδέλφους του, η ομάδα φτιάχνει τώρα το έργο SpudCell ανοιχτού κώδικα, ώστε να μπορεί να αναπτυχθεί περαιτέρω και ακόμη και να μοιράζεται επ’ αόριστον. Εδώ είναι τι πρέπει να γνωρίζετε.
Τι είναι το SpudCell;
Είναι ένα βήμα προς τη δημιουργία μιας minimal ζωής της οποίας οι λειτουργίες περιλαμβάνονται πλήρως. Προηγούμενες προσπάθειες περιλάμβαναν τη διαγραφή γονιδίων από βακτηριακά κύτταρα των οποίων το γονιδίωμα είναι αρχικά μικρό. Για παράδειγμα, το 2016, ένα βακτήριο με 901 γονίδια αποκαλύφθηκε ότι ήταν μόλις 473 γονίδια. Η ομάδα του Adamala έκανε τα πάντα αντίστροφα, ξεκινώντας με μόλις 36 γονίδια. Αυτά είναι τα πιο σημαντικά που θα έρθουν Ε. coli Βακτήρια, αλλά υπάρχουν επίσης ορισμένοι ιοί από φάγους που μολύνουν βακτήρια και ένας για τη φθορίζουσα πρωτεΐνη από το τζελ για να γίνουν ορατά τα κύτταρα.
Είναι ζωντανός;
Όχι. Μπορεί να κάνει κάποια πράγματα που κάνουν τα ζωντανά κύτταρα, όπως η αναπαραγωγή και η διαίρεση των γονιδίων του, αλλά δεν το κάνει καλά και χρειάζεται πολλή εξωτερική βοήθεια για να το κάνει άσχημα. Για παράδειγμα, οι ερευνητές έχουν αποδείξει την εξέλιξη με την έννοια ότι όταν εισήγαγαν μια ευεργετική αλλαγή, αυτά τα κύτταρα είχαν καλύτερη απόδοση. Αλλά η αλλαγή έπρεπε να είναι σκόπιμη και όχι αυθόρμητη. «Συμφωνώ ότι θα ήμουν ικανοποιημένος να το ονομάσω ζωντανό εάν επαναλαμβάνεται επ’ αόριστον και εάν είναι ικανό για δαρβινική εξέλιξη», είπε ο Adamala.
Αλήθεια το λέμε συνθετικό κύτταρο;
Εξαρτάται από το πώς το ορίζεις. Είναι ένα συνθετικό κύτταρο με την έννοια ότι έχει συνδυαστεί σε ένα εργαστήριο και κάνει μερικά από τα πράγματα που δημιουργούν ένα κύτταρο. Αντίθετα, η χρήση υπαρχόντων κυτταρικών συστατικών -κυρίως 36 από αυτά τα γονίδια- αντί να δημιουργηθούν εξ ολοκλήρου από την αρχή. Θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι κατέβηκε πολύ κακομαθημένος Ε. coli βακτήριο με μερικές προσθήκες άλλων ιών, βακτηρίων και ζελέ.
Πώς γνωρίστηκαν;
Οι ερευνητές κατασκεύασαν 36 γονίδια σε επτά κυκλικά κομμάτια DNA. Έφτιαξαν πολλά δείγματα και τα έβαλαν σε ένα διάλυμα που περιέχει οτιδήποτε άλλο χρειάζονται τα κύτταρα, όπως τα δομικά στοιχεία του DNA και των πρωτεϊνών και τα λιπαρά μόρια που σχηματίζουν αυθόρμητα κυστίδια που μοιάζουν με κύτταρα. Μερικές από αυτές τις φυσαλίδες κατέληξαν και στα επτά μέρη του γονιδιώματος.
Στη συνέχεια, τα κύτταρα ενεργοποιούν δύο γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες που σχηματίζουν πόρους στη μεμβράνη, επιτρέποντας σε ορισμένα μόρια να εισέλθουν. Μεγαλύτερα μόρια παρέχονται με τη μορφή καφέ φυσαλίδων με κύτταρα. Το κύτταρο είναι επομένως εξοπλισμένο με όλες τις δομές της ζωής, γιατί δεν μπορεί να φτιάξει τον εαυτό του.
Πώς διαιρούνται τα κύτταρα;
Μια ομάδα μεγάλων πρωτεϊνών που προστίθενται στο διάλυμα δεσμεύεται σε έναν από τους πόρους πρωτεΐνης που προεξέχουν από τη μεμβράνη. Αυτά συγκρούονται αντί για το διάστημα και προκαλούν την κάμψη της μεμβράνης, λέει ο Adamala, η οποία μπορεί να σχηματίσει ένα εκκολαπτόμενο SpudCell και να χωριστεί από τη φυσαλίδα του. Δεν είναι ίση διαίρεση σε δύο μέρη, και ως αποτέλεσμα τα «θυγατρικά» κύτταρα έχουν επιλέξει τυχαία κομμάτια του κυκλοφορούντος DNA, οπότε λείπουν πολλά γονίδια.
Γιατί δεν βρίσκονται όλα τα γονίδια σε ένα κομμάτι DNA;
Αυτό είναι καλύτερο ώστε τα θυγατρικά κύτταρα να παίρνουν όλα τα γονίδια, αλλά είναι πολύ δύσκολο να δουλέψεις με τόσο μεγάλα κομμάτια DNA, λέει ο Adamala. «Μόλις έχουμε το γονιδίωμα όταν είμαστε χαρούμενοι, είναι βέβαιο ότι θα πάει σε ένα μεγάλο (θραύσμα).»
SpudCell, κόκκινη μεμβράνη βαμμένη με λιπιδική βαφή
Orion Venus, Adamala Lab
Γιατί τα κύτταρα σταματούν να κάνουν οτιδήποτε μετά από περίπου πέντε διαιρέσεις;
Η ομάδα δεν γνωρίζει με βεβαιότητα, αλλά τα κύτταρα δεν μπορούν να δημιουργήσουν τα δικά τους εργοστάσια παραγωγής πρωτεϊνών ή ριβοσώματα. Πρέπει να τους προμηθεύσουμε. «Κοιτάμε» λόγω της έλλειψης ριβοσωμάτων (για να σταματήσει η διαίρεση των κυττάρων) λέει ο Adamala. Έτσι, από τη στιγμή που τα κύτταρα μπορούν να φτιάξουν τα δικά τους ριβοσώματα, μπορούν να συνεχίσουν να διαιρούνται επ’ αόριστον. «Πιστεύω ότι θα είναι δυνατό σύντομα», είπε.
Όλα αυτά είναι πολύ σημαντικά, αλλά γιατί να δημιουργήσετε ένα SpudCell εξαρχής;
«Θέλουμε να μπορούμε να κάνουμε όλα τα πετροχημικά με ζωντανή βιολογία, έτσι βασικά μπορούμε να περάσουμε από το πετρέλαιο σε όλο το κλίμα και το κοινωνικό καλό», λέει ο Adamala. Σχεδόν όλες οι χημικές ουσίες, από τα πλαστικά μέχρι τα φυτοφάρμακα, προέρχονται από πετρέλαιο και αέριο. Πολλές από αυτές τις χημικές ουσίες είναι τοξικές, λέει, και θα σκότωναν τα φυσιολογικά κύτταρα που έκανε. Αλλά τα συνθετικά κύτταρα είναι σχεδιασμένα να τα ανέχονται.
Θα μπορούσε ποτέ να είναι επικίνδυνο;
Όχι. Το τέρας το φέρνουν στο κρεβάτι του Φρανκενστάιν για να το ταΐσουν με ένα κουτάλι. Δεν υπάρχει κίνδυνος να τρέξει με αναθυμιάσεις. Ακόμα κι αν μπορεί πραγματικά να ζωντανέψει πλήρως, είναι απίθανο να επιβιώσει εκτός εργαστηρίου ή εργαστηρίου. Τα υπάρχοντα βακτήρια αποτελούν πολύ μεγαλύτερο κίνδυνο.
Επιχειρήματα:
