Ένα πρωτότυπο κύτταρο που μπορεί εν μέρει να αντιγράφει τον εαυτό του δημιουργήθηκε με τη βοήθεια 36 υπαρχόντων βακτηριακών γονιδίων, χωρίς όμως να πρόκειται ακόμη για ζωντανό οργανισμό.
Το SpudCell είναι το πρώτο συνθετικό κυτταρικό σύστημα που έχει κατασκευαστεί από μη ζωντανά συστατικά και ολοκληρώνει έναν πλήρη κυτταρικό κύκλο, σύμφωνα με το εργαστήριο Adamala.
Το «SpudCell» παρουσιάζεται από τους δημιουργούς του ως μια σημαντική πρόοδος στη συνθετική βιολογία. Μέρος της εντύπωσης που καλλιεργείται ανταποκρίνεται στην πραγματικότητα: ναι, πρόκειται για κύτταρο, αλλά όχι ακριβώς για αυτό που θα ονομάζαμε ζωντανό κύτταρο. Διαθέτει 36 γονίδια που του επιτρέπουν να αντιγράφει το DNA και να αναπαράγεται με στοιχειώδη τρόπο, όμως χρειάζεται πολλή εξωτερική υποστήριξη και αποτυγχάνει έπειτα από περίπου πέντε διαιρέσεις. Παρ’ όλα αυτά, είναι πολύ περισσότερα από όσα έχει πετύχει οποιαδήποτε άλλη ομάδα, και γι’ αυτό μπορεί να θεωρηθεί το σημαντικότερο επίτευγμα βιομηχανικής βιολογίας μέχρι σήμερα.
Το δημιούργησε η Kate Adamala στο University of Minnesota μαζί με τους συνεργάτες της και η ομάδα προχωρά τώρα σε ανοιχτή διάθεση του project, ώστε να μπορεί να εξελιχθεί περαιτέρω και, ακόμη, να αποκτήσει τη δυνατότητα να διαιρείται επ’ αόριστον. Να τι χρειάζεται να ξέρετε:
Έχει κρυφτεί άραγε η απάντηση για την προέλευση της ζωής μέσα στα ίδια μας τα κύτταρα;
Τι είναι το SpudCell;
Είναι ένα βήμα προς τη δημιουργία μιας ελάχιστης μορφής ζωής, της οποίας όλες οι λειτουργίες θα είναι πλήρως κατανοητές. Οι προηγούμενες προσπάθειες βασίστηκαν στην αφαίρεση γονιδίων από βακτηριακά κύτταρα, τα οποία έτσι κι αλλιώς διαθέτουν μικρά γονιδιώματα. Για παράδειγμα, το 2016 ένα βακτήριο με 901 γονίδια «γδύθηκε» μέχρι να μείνουν μόλις 473. Η ομάδα της Adamala έκανε το αντίθετο: ξεκίνησε με μόλις 36 γονίδια. Τα περισσότερα προέρχονται από βακτήρια E. coli, ενώ υπάρχουν επίσης γονίδια από φάγους ιούς που μολύνουν βακτήρια και ένα γονίδιο για φθορίζουσα πρωτεΐνη από μέδουσα, ώστε τα κύτταρα να είναι ορατά.
Είναι ζωντανό;
Όχι. Μπορεί να κάνει ορισμένα από όσα κάνουν τα ζωντανά κύτταρα, όπως να αντιγράφει τα γονίδιά του και να διαιρείται, αλλά το κάνει ανεπαρκώς και χρειάζεται μεγάλη εξωτερική βοήθεια ακόμη και για να τα κάνει κακά. Για παράδειγμα, οι ερευνητές έδειξαν εξέλιξη υπό την έννοια ότι, όταν εισήγαγαν μια ευνοϊκή μετάλλαξη, εκείνα τα κύτταρα τα πήγαν καλύτερα. Όμως η μετάλλαξη έπρεπε να εισαχθεί επίτηδες και όχι να προκύψει αυθόρμητα. «Θα ήμουν ικανοποιημένη να το αποκαλέσω ζωντανό αν αναπαράγεται επ’ αόριστον και αν είναι ικανό για δαρβινική εξέλιξη», λέει η Adamala.
Μπορούμε λοιπόν να το αποκαλέσουμε συνθετικό κύτταρο;
Αυτό εξαρτάται από το πώς ορίζουμε τα πράγματα. Είναι συνθετικό κύτταρο με την έννοια ότι έχει συναρμολογηθεί σε εργαστήριο και κάνει ορισμένα από όσα κάνει ένα κύτταρο. Όμως έχει κατασκευαστεί με μέρη υπαρχόντων κυττάρων – κυρίως αυτά τα 36 γονίδια – και όχι εξ ολοκλήρου από το μηδέν. Θα μπορούσε να θεωρηθεί ως ένα εξαιρετικά απογυμνωμένο βακτήριο E. coli, με λίγες προσθήκες από άλλους ιούς, βακτήρια και μέδουσα.
Τα τελευταία νέα από την επιστήμη και γιατί έχουν σημασία, κάθε μέρα.
Πώς συναρμολογήθηκε;
Οι ερευνητές τοποθέτησαν τα 36 γονίδια σε επτά κυκλικά τμήματα DNA. Έφτιαξαν πολλά αντίγραφα και τα έβαλαν σε ένα διάλυμα που περιείχε όλα τα υπόλοιπα στοιχεία που χρειάζονται τα κύτταρα, όπως τα δομικά συστατικά του DNA και των πρωτεϊνών, καθώς και λιπαρά μόρια που σχηματίζουν αυθόρμητα φυσαλίδες που μοιάζουν με κύτταρα. Ορισμένες από αυτές τις φυσαλίδες κατέληξαν να περιέχουν και τα επτά τμήματα του γονιδιώματος.
Στη συνέχεια, τα κύτταρα διατηρούνται ζωντανά χάρη σε δύο γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες οι οποίες σχηματίζουν πόρους στη μεμβράνη, επιτρέποντας την είσοδο ορισμένων μικρών μορίων. Μεγαλύτερα μόρια παρέχονται με τη μορφή μικρών φυσαλίδων που συγχωνεύονται με τα κύτταρα. Έτσι, το κύτταρο τροφοδοτείται με όλα τα δομικά υλικά της ζωής, αφού δεν μπορεί να παραγάγει κανένα μόνο του.
Πώς διαιρούνται τα κύτταρα;
Η ομάδα πρόσθεσε στο διάλυμα μεγάλες πρωτεΐνες που προσδένονται σε έναν από τους πρωτεϊνικούς πόρους που προεξέχουν από τη μεμβράνη. Αυτές ανταγωνίζονται για χώρο και προκαλούν την κάμψη της μεμβράνης, λέει η Adamala, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε εκβλάστηση ενός τμήματος του SpudCell και στη δημιουργία μιας ξεχωριστής φυσαλίδας. Δεν πρόκειται για ισότιμη διαίρεση στα δύο, και τα «θυγατρικά» κύτταρα προκύπτουν με τυχαίο συνδυασμό των κυκλικών τμημάτων DNA, με αποτέλεσμα πολλά να μην διαθέτουν πλήρη σύνολα γονιδίων.
Γιατί να μην μπουν όλα τα γονίδια σε ένα μόνο κομμάτι DNA;
Αυτό θα ήταν καλύτερο, ώστε τα θυγατρικά κύτταρα να παίρνουν όλα τα γονίδια. Όμως είναι πολύ δύσκολο να χειριστεί κανείς τόσο μεγάλα κομμάτια DNA, λέει η Adamala. «Μόλις έχουμε ένα γονιδίωμα με το οποίο είμαστε ικανοποιημένοι, σίγουρα θα πρέπει να μπει σε ένα μόνο μεγάλο [κομμάτι]».
SpudCell, με την κόκκινη μεμβράνη του χρωματισμένη με λιπιδική χρωστική, Orion Venero, Adamala Lab
SpudCell, με την κόκκινη μεμβράνη του χρωματισμένη με λιπιδική χρωστική
Γιατί τα κύτταρα σταματούν να κάνουν οτιδήποτε μετά από περίπου πέντε γύρους διαίρεσης;
Η ομάδα δεν το γνωρίζει με βεβαιότητα, αλλά τα κύτταρα δεν μπορούν να δημιουργήσουν μόνα τους τα εργοστάσια παραγωγής πρωτεϊνών, δηλαδή τα ριβοσώματα. Πρέπει να τους παρέχονται απ’ έξω. «Υποθέτουμε ότι αυτό συμβαίνει λόγω της αποτυχίας των ριβοσωμάτων [που σταματούν να διαιρούνται]», λέει η Adamala. Άρα, όταν τα κύτταρα μπορέσουν να φτιάχνουν μόνα τους τα ριβοσώματά τους, ίσως να συνεχίσουν να διαιρούνται επ’ αόριστον. «Πιστεύω ότι είναι κάτι που μπορεί να επιτευχθεί πολύ σύντομα», λέει.
Όλα αυτά είναι εντυπωσιακά, αλλά γιατί δημιουργήθηκε το SpudCell εξαρχής;
«Θέλουμε να μπορούμε να παράγουμε όλα τα πετροχημικά με ζωντανή βιολογία, ώστε ουσιαστικά να απομακρυνθούμε από το πετρέλαιο για όλα τα κλιματικά και κοινωνικά οφέλη», λέει η Adamala. Σχεδόν όλες οι χημικές ουσίες από τις οποίες εξαρτόμαστε, από τα πλαστικά έως τα φυτοφάρμακα, προέρχονται από το πετρέλαιο και το αέριο. Πολλές από αυτές είναι τοξικές, λέει, και θα σκότωναν φυσιολογικά κύτταρα που θα τις παρήγαν. Τα συνθετικά κύτταρα, όμως, θα μπορούσαν να σχεδιαστούν ώστε να τις αντέχουν.
Θα μπορούσε ποτέ να γίνει επικίνδυνο;
Όχι. Είναι ένα ξαπλωμένο στο κρεβάτι τέρας του Φρανκενστάιν που χρειάζεται τάισμα με το κουτάλι. Δεν υπάρχει κίνδυνος να ξεφύγει. Ακόμη κι αν καταφέρει κάποτε να αποκτήσει πλήρως ζωή, είναι απίθανο να μπορέσει να επιβιώσει έξω από ένα εργαστήριο ή ένα εργοστάσιο. Τα υπάρχοντα βακτήρια αποτελούν πολύ μεγαλύτερη απειλή.
Λάβετε εβδομαδιαία δόση ανακαλύψεων στο inbox σας. Θα σας ενημερώνουμε επίσης για εκδηλώσεις και ειδικές προσφορές του New Scientist.
