Συνθετικό κύτταρο εγείρει νέα ερωτήματα για τα όρια της ζωής

Ένα συνθετικό κύτταρο που μιμείται βασικές λειτουργίες των φυσικών κυττάρων δημιουργήθηκε από ερευνητές και προκαλεί νέα ερωτήματα για το πού τελειώνει η άψυχη ύλη και πού αρχίζει η ζωή.

Την εξέλιξη περιγράφει το σχετικό ρεπορτάζ, το οποίο εστιάζει στο έργο της συνθετικής βιολόγου Kate Adamala και της ομάδας της.

Ο Drew Endy, συνθετικός βιολόγος στο Stanford, λέει ότι όλα άλλαξαν σε μια συνάντηση συνθετικής βιολογίας τον Μάιο του 2025, όταν η Kate Adamala τού έδειξε πρόσφατα αποτελέσματα από το εργαστήριό της. Στον φορητό υπολογιστή της εμφάνισε έξι διαδοχικές εικόνες ενός συνθετικού κυττάρου, το οποίο είχε κατασκευαστεί και είχε οδηγηθεί να εκτελεί ορισμένες από τις βασικές λειτουργίες των φυσικών κυττάρων.

Με τη βοήθεια της ομάδας της, τα εργαστηριακά κύτταρα μπόρεσαν να παράγουν πρωτεΐνες με βάση τις οδηγίες στο ελάχιστο γονιδίωμά τους, να αντιγράψουν το DNA αυτού του γονιδιώματος και να συσκευάσουν τμήματα του αντιγραμμένου DNA σε νέα κύτταρα.

Ο Endy θεωρεί ότι τα αποτελέσματα αυτά αλλάζουν το πεδίο. Σε πρόσφατη συζήτηση μέσω Zoom, έδειξε ένα βίντεο από ένα από τα δικά του εργαστηριακά πρότζεκτ, ένα απολύτως στρογγυλό αντικείμενο που, όπως λέει, χρειάστηκε έξι χρόνια για να κατασκευαστεί. «Αυτό το αντικείμενο είναι ικανό να εκφράζει οποιοδήποτε DNA του προσθέτουμε, και έτσι από το 2021 το ερώτημα ήταν ποιο DNA να του προσθέσουμε για να αρχίσει να μεγαλώνει και να διαιρείται;» λέει.

«Για περίπου μία δεκαετία κοιτάζω αντικείμενα σαν κι αυτό που δεν μεγαλώνουν και δεν διαιρούνται», προσθέτει. Η εικόνα του συνθετικού κυττάρου, που σύντομα θα ονομαστεί SpudCell, τον έκανε να πει πως ήταν «μια στιγμή “ωχ, Θεέ μου”». Στη συνέχεια έδειξε μια διαφάνεια με το αεροπλάνο των αδελφών Ράιτ. Όπως σημείωσε, ήταν κι εκείνο πολύ περιορισμένο. «Είναι μόλις και μετά βίας αεροπλάνο, και αυτό είναι σαν να λες ότι το SpudCell είναι μόλις και μετά βίας κύτταρο. Αλλά είναι».

Η συνθετική βιολογία βρίσκεται στο σημείο όπου η βιολογία συναντά τη μηχανική, με στόχο τον σχεδιασμό βιολογικών συστημάτων που κάνουν πράγματα που η φυσική ζωή δεν κάνει, όπως η παραγωγή φαρμάκων, καυσίμων και άλλων χρήσιμων χημικών. Η Adamala και ο Endy ελπίζουν ότι στις επόμενες δεκαετίες θα συμβάλει σε έναν ανθεκτικό κόσμο αφθονίας, όπου βασικοί πόροι θα μπορούν να παράγονται τοπικά, οπουδήποτε. Για τους ίδιους, το SpudCell είναι ο σπόρος αυτής της προοπτικής. Ταυτόχρονα, το συνθετικό κύτταρο δίνει μια νέα οπτική στο τι ακριβώς είναι η ζωή.

Η Adamala, ο Endy και πολλοί ακόμη συνθετικοί βιολόγοι πιστεύουν ότι ο τομέας θα προχωρήσει πιο γρήγορα αν δουλέψουν πάνω σε ένα κοινό σύστημα, όπως πολλές ομάδες που γράφουν λογισμικό για το ίδιο λειτουργικό, αντί να φτιάχνει η καθεμία από την αρχή δικό της υλικό και δικό της λογισμικό. Πριν από το SpudCell, όμως, δεν υπήρχε τέτοιο κοινό «λειτουργικό» για τους συνθετικούς βιολόγους.

Έτσι, οι δύο τους άρχισαν να βάζουν τα θεμέλια για να συγκεντρώσουν άλλους ερευνητές γύρω από κοινά πρότζεκτ, με το SpudCell ως κοινή βάση, στο πλαίσιο του εγχειρήματος Biotic. Ο επενδυτής Chris Raggio συμφώνησε να προσφέρει 10 εκατομμύρια δολάρια ως φιλανθρωπική δωρεά. Παράλληλα, η Adamala και η ομάδα της συνέχισαν να βελτιώνουν το SpudCell και να ετοιμάζουν την επιστημονική δημοσίευση που το περιγράφει.

Αφού μεγάλο επιστημονικό περιοδικό απέρριψε το χειρόγραφο — ειρωνικά, το Cell — η Adamala συνειδητοποίησε ότι το χρονοδιάγραμμα του Biotic δεν άφηνε περιθώριο για τους μήνες που θα απαιτούνταν για να περάσει ξανά από υποβολή, αξιολόγηση και διορθώσεις. Έτσι, το ανέβασε η ίδια διαδικτυακά στο προεκτυπωτικό αποθετήριο bioXriv, όπου δεν απαιτείται peer review, και έστειλε δελτίο Τύπου. «Αυτή ήταν στην πραγματικότητα η πιο δύσκολη απόφαση για μένα, γιατί δεν έχω κάνει ποτέ μεγάλο θέμα με ένα preprint πριν ξέρω ότι θα δημοσιευτεί», λέει.

Το άρθρο δημοσιεύτηκε στον ιστότοπο του εργαστηρίου την επόμενη μέρα, την 1η Ιουλίου 2026. Καθώς τα ρεπορτάζ για το SpudCell άρχισαν να δημοσιεύονται — ανάμεσά τους στους New York Times, στο CNN, στο STAT και στο Science — η Adamala ένιωθε ανησυχία. «Ειλικρινά κάθε πρωί ξυπνούσα τρομοκρατημένη ότι θα δω ένα email που θα επισημαίνει το μοιραίο λάθος στο άρθρο. Αυτό υποτίθεται ότι κάνει το peer review, και τώρα ήταν σαν δημόσιο peer review. Όλοι μπορούσαν να το δουν», λέει. Το email αυτό δεν ήρθε ποτέ.

Η Adamala μεγάλωσε σε μια μικρή πόλη της Πολωνίας. Έμαθε να πιλοτάρει μικρά αεροπλάνα πριν μάθει να οδηγεί. Η πτήση είναι χόμπι, «αλλά είναι και κάπως νοοτροπία για μένα», λέει. «Σκέφτεσαι την ασφάλεια, σκέφτεσαι τρόπους να κάνεις τα πράγματα και σκέφτεσαι και τη μηχανική, ακόμη κι αν δεν είσαι μηχανικός».

Στα μεταπτυχιακά της ασχολήθηκε με ερευνητικά ερωτήματα για το πώς μπορεί να εξελίχθηκε η πρώιμη ζωή στη Γη ή και αλλού. Όμως, παρότι η δουλειά της έδινε μια απάντηση που τραβούσε την προσοχή σε κοινωνικές συζητήσεις, η ίδια θεώρησε ότι «θα ήταν ωραίο να κάνω κάτι χρήσιμο για μια αλλαγή», όπως λέει. Κάτι που θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει και η γιαγιά της. Έτσι ολοκλήρωσε μεταδιδακτορική έρευνα στη συνθετική νευροβιολογία. «Έμαθα ότι δεν μου αρέσει η νευροβιολογία, αλλά έμαθα επίσης ότι μου αρέσει να κάνω χρήσιμα πράγματα», λέει.

Στη συνέχεια πέρασε στη συνθετική βιολογία, αρχικά με την ιδέα να χρησιμοποιήσει τα εργαλεία του πεδίου για να τροποποιήσει τη φυσικά εξελιγμένη ζωή. Γρήγορα όμως άλλαξε πορεία, καθώς συνειδητοποίησε ότι η βιολογία είναι «ένα τόσο μαύρο κουτί. Δεν καταλαβαίνουμε ολόκληρο το κύτταρο», εξηγεί. Για να κατανοηθεί πραγματικά ένα κύτταρο και να μπορέσει να σχεδιαστεί σωστά, κατέληξε ότι πρέπει πρώτα να κατασκευαστεί από το μηδέν.

Η δουλειά πάνω σε αυτό που θα γινόταν το SpudCell ξεκίνησε λίγο πριν από την πανδημία της COVID-19. Το εγχείρημα αξιοποίησε δομικά στοιχεία που είχαν ήδη αναπτυχθεί στο εργαστήριό της ή από άλλους ερευνητές και περιλάμβανε μια κυτταρική μεμβράνη από λιπιδικά μόρια γύρω από ένα υδατώδες εσωτερικό, με ένα μικρό γονιδίωμα 36 γονιδίων και τις εξειδικευμένες πρωτεΐνες που χρειάζονται για να παραχθούν νέες πρωτεΐνες με βάση τις οδηγίες των γονιδίων.

Η συναρμολόγηση έγινε αργά, με «δοκιμές και λάθη — κυρίως λάθη», λέει η Adamala. Η ομάδα ανέπτυξε επίσης ένα σύστημα τροφοδοσίας των τεχνητών κυττάρων με τα μόρια που χρειάζονταν για να αναπτυχθούν και να πραγματοποιούν αντιδράσεις, όπως λιπίδια και δομικά στοιχεία του DNA και των πρωτεϊνών.

Όταν αυτό άρχισε να λειτουργεί, «ήμουν στην πραγματικότητα έτοιμη να πω ότι τελειώσαμε», λέει. «Αλλά μετά μου ήρθε η ιδέα να κάνω την αντιγραφή να δουλέψει και αυτό καθυστέρησε τα πάντα ξανά για πάντα». Η ικανότητα αυτοαντιγραφής, δηλαδή η αναπαραγωγή, θα ήταν κρίσιμο βήμα για να γίνει το SpudCell πιο ζωντανό.

Η ομάδα πρόσθεσε εξειδικευμένες πρωτεΐνες στο περιβάλλον των κυττάρων, οι οποίες προσκολλούνταν στις μεμβράνες. Όταν αρκετές πρωτεΐνες κάλυπταν τη μεμβράνη, απωθούνταν μεταξύ τους και εξανάγκαζαν ένα τμήμα της επιφάνειας να αποσπαστεί και να σχηματίσει νέο κύτταρο.

Στις αρχές του 2024, οι εικόνες έδειχναν ότι η ομάδα της Adamala μπορούσε να ωθήσει τα κύτταρα μέσα από πέντε κύκλους ανάπτυξης και αντιγραφής. Όμως τέτοια οπτικά δεδομένα μπορεί να είναι παραπλανητικά, οπότε η ομάδα έκανε δοκιμές που τους επέτρεψαν να συγκρίνουν την ποσότητα DNA με την οποία ξεκίνησαν τα κύτταρα με την ποσότητα μετά από πέντε γενιές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα SpudCells είχαν πράγματι αντιγράψει τα δικά τους γονιδιώματα. «Αυτό ήταν η στιγμή που σκέφτηκα: “ω, ουάου, αυτό πράγματι λειτουργεί”», θυμάται η Adamala.

Η αντιγραφή, ωστόσο, απείχε πολύ από το να είναι τέλεια. Το γονιδίωμα του κυττάρου είναι χωρισμένο σε επτά κυκλικά τμήματα, που ονομάζονται πλασμίδια, και το καθένα αντιγράφεται ξεχωριστά. Το αν κάθε θυγατρικό κύτταρο θα καταλήξει με πλήρες σύνολο από αυτά τα πλασμίδια είναι θέμα τύχης. Ένα ακόμη δύσκολο χαρακτηριστικό είναι ότι τα κύτταρα δεν μπορούν να φτιάξουν μόνα τους ριβοσώματα, τα κρίσιμα «εργοστάσια» που παράγουν νέες πρωτεΐνες, οπότε αυτά πρέπει να παρέχονται μέσω του συστήματος τροφοδοσίας.

Το σύστημα απαιτεί «πολύ έντονη κυτταρική ΚΑΡΠΑ», σημειώνει ο Robert Dorit, εξελικτικός βιολόγος στο Smith College που δεν συμμετείχε στην έρευνα. «Πρέπει να τους παρέχουν πολλά απ’ έξω. Πρέπει να δημιουργήσουν ένα σύνολο πολύ συγκεκριμένων συνθηκών και αυτές οι συνθήκες πρέπει να ενισχύονται συνεχώς». Παρ’ όλα αυτά, λέει ότι χαρακτηριστικά όπως η ικανότητα διαίρεσης και η μεταβίβαση γενετικού υλικού κάνουν το SpudCell σημαντική πρόοδο. Η ομάδα της Adamala, προσθέτει, «ανέβασε τον πήχη για το τι είναι διατεθειμένοι να αποκαλέσουν ελάχιστο κύτταρο, και νομίζω ότι αυτό είναι πραγματικά σπουδαίο».

Στην πρώτη συνάντηση του Biotic, οι ιδρυτές του ήθελαν να ενώσουν τους συναδέλφους τους γύρω από το SpudCell ως κοινό σύστημα, ώστε να δουλεύουν πάνω σε ενότητες που μπορούν να προστεθούν διατηρώντας τη συμβατότητα μεταξύ τους. Το όραμά τους είναι να επιτευχθούν, μέσω της συνθετικής βιολογίας, πραγματικά αλλαγές που θα μετασχηματίσουν τον κόσμο έως το 2050.

Μία από αυτές, σύμφωνα με την Adamala, είναι η αντικατάσταση των πετροχημικών — από τα καύσιμα αεροπλάνων μέχρι τα συνθετικά υφάσματα — με χημικές ουσίες που παράγονται από γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς. Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει την παγκόσμια οικονομία και να μειώσει το κόστος της ενέργειας, των λιπασμάτων και άλλων προϊόντων που εξαρτώνται από το πετρέλαιο. Άλλες δυνατότητες είναι η αποκέντρωση της παραγωγής τροφίμων και φαρμάκων.

Στην εναρκτήρια συνάντηση, η Adamala παρουσίασε μια διαφάνεια με ένα υποθετικό κύτταρο που θα ζει μέσα σε έναν ασθενή και θα παράγει θεραπεία όταν λάβει σήμα ότι υπάρχει ασθένεια.

Δεν στοχεύουν όλοι οι συνθετικοί βιολόγοι στις εφαρμογές, τουλάχιστον όχι κυρίως. Κάποιοι προσπαθούν να απαντήσουν στα ερωτήματα για την ίδια την προέλευση της ζωής, όπως έκανε η Adamala στο διδακτορικό της. Ο άνθρωπος εδώ και καιρό προσπαθεί να καταλάβει τι είναι η ζωή και τι τη διαχωρίζει από την άψυχη ύλη, λέει η Roseanna Zia, καθηγήτρια μηχανικής στο University of Missouri. Ένας τρόπος για να απαντηθεί αυτό το ερώτημα είναι να κατασκευαστεί η ζωή, προσθέτει. «Θέλω να φτιάξω ένα υπολογιστικό μοντέλο ώστε να μπορέσουμε να αναπαράγουμε ό,τι είναι αυτό που κάνει τα πράγματα να περνούν από τη μη ζωντανή χημεία και φυσική σε αυτό που ονομάζουμε ζωή».

Η ομάδα της δουλεύει επίσης πάνω σε μοντέλο του SpudCell, το οποίο θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει άλλους ερευνητές να ρυθμίσουν καλύτερα το συνθετικό κύτταρο και να το σχεδιάσουν ώστε να εκτελεί τις λειτουργίες που φαντάζεται η Adamala.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η επιστήμη δεν έχει ακόμη καταλήξει σε έναν ολοκληρωμένο μηχανισμό για το πώς μπορεί να εμφανίστηκε πρώτη φορά η ζωή στη Γη. Υπάρχει επίσης διαφωνία για το πού ακριβώς βρίσκεται το όριο ανάμεσα στη ζωή και τη μη ζωή. Μετά την παρουσίαση του SpudCell, η Adamala λέει ότι πολλοί άνθρωποι τής έγραψαν θεωρώντας το ζωντανό. Η ίδια διαφωνεί. «Οι ορισμοί της ζωής είναι αυθαίρετοι», λέει.

Ο δικός της ορισμός βασίζεται περισσότερο σε διαίσθηση παρά σε αυστηρά επιστημονικά κριτήρια, αλλά, όπως λέει, το SpudCell δεν είναι ακόμη ζωντανό, επειδή δεν είναι αρκετά ανθεκτικό και μπορεί να αναπαραχθεί μόνο λίγες φορές πριν σταματήσει.

Πέρα από το τι είναι ακριβώς η ζωή και πώς προέκυψε, υπάρχει και το ερώτημα πώς θα μπορούσε να ήταν αν είχε εξελιχθεί διαφορετικά από την αρχή. Ο Juan Pérez-Mercader, αστεροβιολόγος στο Harvard University, ηγείται εργασίας για τη δημιουργία συστημάτων που μιμούνται λειτουργίες ζωντανών οργανισμών, αποκλειστικά από μη βιολογικές χημικές ουσίες. Η ελπίδα είναι ότι «η μελέτη αυτών των πολύ απλών συστημάτων μπορεί να σας βοηθήσει να καταλάβετε καλύτερα τι να περιμένετε … όσον αφορά την πιθανή ζωή έξω από τη Γη», όπως και την τεχνητή ζωή, λέει.

Φυσικά, όταν πολλοί άνθρωποι σκέφτονται την ανθρώπινη δημιουργία ζωής, δεν έχουν στο μυαλό τους εξωγήινους μικροοργανισμούς, ούτε ένα μέλλον χωρίς πετροχημικά γεμάτο αφθονία. Η σκέψη πηγαίνει συνήθως στο «Φρανκενστάιν» και μετά στη φράση του Jeff Goldblum «Life finds a way», λίγο πριν από το ξέσπασμα των velociraptors και του T-rex. Για όσους παρακολουθούν πιο λιγότερο κινηματογραφικά σενάρια, υπάρχει και η λεγόμενη mirror life, η μέχρι στιγμής μόνο υποθετική πιθανότητα να κατασκευαστούν κύτταρα από βιομόρια που είναι κατοπτρική εικόνα εκείνων της υπάρχουσας φυσικής ζωής. Τέτοιοι οργανισμοί, σύμφωνα με τη σχετική υπόθεση, θα ξέφευγαν από τα μη κατοπτρικά ανοσοποιητικά μας συστήματα και θα μπορούσαν εύκολα να μας σκοτώσουν και να προκαλέσουν οικολογικό χάος.

Τι χρειάζεται για να διασφαλιστεί η ασφάλεια της εργασίας στη συνθετική βιολογία και να αποτραπούν κακόβουλοι χρήστες από το να αξιοποιήσουν τις τεχνολογίες της για κακούς σκοπούς; Αρκετές συνεδρίες στην πρώτη συνάντηση του Biotic ασχολήθηκαν με αυτό το ερώτημα. Σε μία από αυτές, η Adamala είπε ότι η ομάδα της «σχεδιάζει αυτή την τεχνολογία με τείχη προστασίας, με μηχανισμούς απενεργοποίησης, με τεχνολογίες που μας επιτρέπουν να τη διατηρούμε ασφαλή από την αρχή. Άρα δεν…»

Πηγή: popularmechanics.com.