Syntetyczna komórka rośnie, kopiuje genom i dzieli się. Naukowcy mówią o przełomie
University of Minnesota w Minneapolis poinformował o stworzeniu syntetycznej komórki SpudCell, która rośnie, replikuje materiał genetyczny i dzieli się, wykonując pełny cykl komórkowy.
Zespół prof. Kate Adamali oraz Aarona Engelharta z College of Biological Sciences zbudował układ w całości z nieożywionych składników chemicznych. Badacze określają go jako pierwszą syntetyczną komórkę z pełnym cyklem komórkowym.
Nie oznacza to jednak, że naukowcy stworzyli w laboratorium pełnoprawny żywy organizm. SpudCell pozostaje układem zależnym od warunków laboratoryjnych i stałego dostarczania składników, które naturalne komórki potrafią wytwarzać lub przetwarzać samodzielnie.
SpudCell składa się z błony lipidowej, syntetycznego genomu oraz zestawu składników potrzebnych do produkcji białek. Jak podano w opisie projektu, układ zawiera 36 oczyszczonych enzymów i genom liczący około 90 tys. par zasad. Komórka rośnie dzięki łączeniu się z tzw. liposomami karmiącymi, przez które dostarczane są jej lipidy, enzymy, rybosomy i inne cząsteczki. Następnie replikuje genom i dzieli się na komórki potomne.
Jednym z najważniejszych elementów przełomu jest sposób podziału. Naturalne komórki używają do tego złożonego cytoszkieletu, czyli wewnętrznego rusztowania białkowego. W przypadku SpudCell naukowcy obeszli ten problem. Białka gromadzą się na powierzchni błony, powodując naprężenia mechaniczne, które prowadzą do jej podziału. To pozwoliło odtworzyć proces, który dotąd był jedną z największych barier w budowie komórki od podstaw.
Badacze wykazali też elementy selekcji. Po wprowadzeniu zmiany genetycznej zwiększającej produkcję białka odpowiedzialnego za łączenie z liposomami część komórek rosła szybciej i dawała więcej potomstwa. Po kilku generacjach wariant szybciej rosnący wyparł pierwotną wersję. To ważne, ponieważ pokazuje, że w całkowicie syntetycznym układzie chemicznym można uzyskać nie tylko wzrost i podział, lecz także konkurencję między wariantami.
Znaczenie odkrycia wykracza poza samą biologię syntetyczną. SpudCell pokazuje, że komórkę z podstawowymi funkcjami można złożyć z określonych, znanych składników, bez odwoływania się do istniejącej żywej komórki. Wcześniejsze przełomy w tej dziedzinie często polegały na modyfikowaniu lub upraszczaniu organizmów już istniejących. Tutaj kierunek jest odwrotny: procedura zaczyna się od chemii nieożywionej i prowadzi do powstania układu zachowującego się podobnie do prawdziwej komórki.
To może pomóc w odpowiedzi na pytanie, jaki jest minimalny zestaw elementów potrzebnych do tego, by materia nieożywiona zaczęła wykonywać procesy kojarzone z życiem. Może też przyspieszyć prace nad programowalnymi układami biologicznymi, które w przyszłości mogłyby produkować leki, paliwa, żywność, materiały przemysłowe albo służyć jako precyzyjne modele chorób.
Naukowcy zastrzegają jednak, że SpudCell nie jest jeszcze samodzielnym organizmem. Nie ma własnego, pełnego metabolizmu, nie potrafi wytwarzać całego aparatu potrzebnego do produkcji białek, nie usuwa sprawnie odpadów i po kilku pokoleniach traci sprawność.
Mimo tych ograniczeń część ekspertów ocenia projekt jako jeden z najważniejszych kroków w kierunku stworzenia komórki od podstaw. Prof. Adamala zaznacza, że to dopiero punkt wyjścia do dalszych prac. „Ta praca to dopiero początek. Pokazujemy, że możliwe jest zaprojektowanie podstawowych funkcji komórki” — dodała. Jak wyjaśniła, aby technologia stała się odporna i praktyczna, potrzebny będzie wspólny wysiłek międzynarodowy. Według badaczki rolą Biotic ma być koordynowanie prac inżynieryjnych wokół wspólnej platformy bazowej, którą jest właśnie SpudCell, oraz ustalanie protokołów współpracy, pozwalających zastosować tę technologię do poważnych wyzwań.
SpudCell nie jest jeszcze „życiem” w klasycznym sensie, ale pokazuje, że granica między chemią a biologią może być technicznie odtwarzana w laboratorium.
Manuskrypt pracy udostępniono na stronie projektu Biotic, a następnie jako preprint przed pełną recenzją naukową.
Czytaj też:
Dostał Nobla, teraz chce zostać Polakiem. Amerykański biolog stara się o obywatelstwo
Kresy.pl / University of Minnesota / Phys.Org
