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, είναι ένα κύτταρο, αλλά ίσως όχι ακριβώς αυτό που μπορείτε να 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 του Μιζούρι και στους συναδέλφους του, η ομάδα SpudCell κάνει τώρα το έργο 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 είχε μόνο 493 γονίδια. Η ομάδα του Adamala έκανε τα πάντα αντίστροφα, ξεκινώντας με μόλις 36 γονίδια. Αυτά είναι τα πιο σημαντικά πράγματα που θα ακολουθήσουν Ε. coli Βακτήρια, αλλά υπάρχουν επίσης ορισμένοι ιοί φάγων που μολύνουν βακτήρια και ένας για τη φθορίζουσα πρωτεΐνη από το τζελ για να βοηθήσουν να γίνουν ορατά τα κύτταρα.
Είναι ζωή;
Όχι. Μπορεί να κάνει κάποια πράγματα που κάνουν τα ζωντανά κύτταρα, όπως η αναπαραγωγή των γονιδίων του και η διαίρεση, 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 τα πήγαν καλύτερα. Αλλά η αλλαγή πρέπει να ήταν 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.
Μπορούμε πραγματικά να το ονομάσουμε συνθετικό κύτταρο τότε;
Εξαρτάται από το πώς το ορίζεις. Είναι ένα συνθετικό κύτταρο με την έννοια ότι συναρμολογείται σε ένα εργαστήριο και κάνει κάποια πράγματα που κάνουν τα κύτταρα. Αλλά συγκροτήθηκε χρησιμοποιώντας μέρη υπαρχόντων κυττάρων – τα περισσότερα από αυτά τα 36 γονίδια – αντί να δημιουργηθεί εξ ολοκλήρου από την αρχή. Θα μπορούσε να θεωρηθεί πολύ γυμνό Ε. coli με ορισμένες 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 όλα τα άλλα πράγματα που χρειάζονται τα κύτταρα, όπως τα δομικά στοιχεία του DNA και τις πρωτεΐνες, και τα λιπαρά μόρια που σχηματίζουν αυθόρμητα φυσαλίδες 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, λοιπόν, εφοδιάζεται με τροφή για όλα τα κτίρια των νησιών 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 υπάρχει ίση διαίρεση σε δύο μέρη, και ως αποτέλεσμα τα κύτταρα έχουν μια αβέβαιη ανάγνωση του κυκλικού DNA, έτσι πολλά δεν έχουν τον πλήρη αριθμό των γονιδίων.
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, μια 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 φτιάξουν τα δικά τους εργοστάσια παραγωγής πρωτεϊνών ή ριβοσώματα. Πρέπει να τους προμηθεύσουμε. “Πιστεύουμε ότι λόγω της έλλειψης ριβοσωμάτων (τα κύτταρα σταματούν να διαιρούνται) λέει ο Adamala. Έτσι, όταν τα κύτταρα καταφέρουν να φτιάξουν τα δικά τους ριβοσώματα, μπορούν να συνεχίσουν να διαιρούνται επ’ αόριστον. “Νομίζω ότι θα ολοκληρωθεί γρήγορα.”
Όλα αυτά είναι πολύ σημαντικά, αλλά γιατί να δημιουργήσετε ένα SpudCell εξαρχής;
«Θέλουμε να μπορούμε να κάνουμε όλα τα πετροχημικά με ζωντανή βιολογία, οπότε βασικά κινούμαστε 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 έξω από το εργαστήριο ή το εργαστήριο. Τα υπάρχοντα βακτήρια αποτελούν πολύ μεγαλύτερο κίνδυνο.
Επιχειρήματα:
