Ένα πρωτότυπο κύτταρο που μπορεί εν μέρει να αντιγράφεται μόνο του δημιουργήθηκε με 36 ήδη υπάρχοντα βακτηριακά γονίδια, αλλά δεν πρόκειται ακόμη για ζωντανό οργανισμό.
Το SpudCell είναι το πρώτο συνθετικό σύστημα κυττάρου που έχει κατασκευαστεί από μη ζωντανά συστατικά και ολοκληρώνει έναν πλήρη κυτταρικό κύκλο. Orion Venero, Adamala Lab
Το SpudCell είναι το πρώτο συνθετικό σύστημα κυττάρου που έχει κατασκευαστεί από μη ζωντανά συστατικά και ολοκληρώνει έναν πλήρη κυτταρικό κύκλο.
Το «SpudCell» παρουσιάζεται από τους δημιουργούς του ως σημαντική πρόοδος στη συνθετική βιολογία. Μέρος αυτής της αισιοδοξίας δικαιολογείται. Ναι, είναι κύτταρο, αλλά ίσως όχι ακριβώς αυτό που θα μπορούσε κανείς να αποκαλέσει ζωντανό κύτταρο. Διαθέτει 36 γονίδια που του επιτρέπουν να αντιγράφει το DNA και να αναπαράγεται με πρωτόγονο τρόπο, όμως χρειάζεται μεγάλη εξωτερική υποστήριξη και αποτυγχάνει μετά από περίπου πέντε διαιρέσεις. Ωστόσο, αυτό είναι πολύ περισσότερα από όσα έχει πετύχει οποιαδήποτε άλλη ομάδα, άρα μπορεί να θεωρηθεί το μεγαλύτερο επίτευγμα βιομηχανικής βιολογίας μέχρι σήμερα.
Η ομάδα της Kate Adamala στο University of Missouri δημιούργησε το SpudCell και τώρα προχωρά σε ανοιχτή διάθεση του project, ώστε να μπορέσει να εξελιχθεί περαιτέρω και ίσως να αποκτήσει τη δυνατότητα να διαιρείται επ’ αόριστον. Δείτε τι χρειάζεται να γνωρίζετε:
Ήταν η απάντηση για την προέλευση της ζωής κρυμμένη εξαρχής μέσα στα κύτταρά μας;
Τι είναι το SpudCell;
Είναι ένα βήμα προς τη δημιουργία μιας ελάχιστης μορφής ζωής, της οποίας όλες οι λειτουργίες είναι πλήρως κατανοητές. Προηγούμενες προσπάθειες βασίστηκαν στην αφαίρεση γονιδίων από βακτηριακά κύτταρα, των οποίων τα γονιδιώματα είναι μικρά από την αρχή. Για παράδειγμα, το 2016 ένα βακτήριο με 901 γονίδια περιορίστηκε στα 493 γονίδια. Η ομάδα της Adamala έκανε το αντίθετο, ξεκινώντας με μόλις 36 γονίδια. Τα περισσότερα προέρχονται από βακτήρια E. coli, αλλά υπάρχουν επίσης γονίδια από φάγους που μολύνουν βακτήρια και ένα για ένα φθορίζον πρωτεΐνικό μόριο από μέδουσα, ώστε τα κύτταρα να είναι ορατά.
Είναι λοιπόν ζωντανός οργανισμός;
Όχι. Μπορεί να κάνει ορισμένα από τα πράγματα που κάνουν τα ζωντανά κύτταρα, όπως να αντιγράφει τα γονίδιά του και να διαιρείται, αλλά δεν τα καταφέρνει καλά και χρειάζεται μεγάλη εξωτερική βοήθεια ακόμη και για να τα κάνει ανεπαρκώς. Για παράδειγμα, οι ερευνητές έδειξαν εξέλιξη με την έννοια ότι, όταν εισήγαγαν μια ευεργετική μετάλλαξη, εκείνα τα κύτταρα τα πήγαν καλύτερα. Όμως η μετάλλαξη έπρεπε να εισαχθεί σκόπιμα και όχι να προκύψει αυθόρμητα. «Θα θεωρούσα ότι είναι ζωντανό αν αντιγράφεται επ’ αόριστον και αν είναι ικανό για δαρβινική εξέλιξη», λέει η Adamala.
Μπορούμε λοιπόν να το αποκαλέσουμε συνθετικό κύτταρο;
Αυτό εξαρτάται από τον ορισμό που χρησιμοποιεί κανείς. Είναι συνθετικό κύτταρο με την έννοια ότι έχει συναρμολογηθεί σε εργαστήριο και κάνει ορισμένα από όσα κάνει ένα κύτταρο. Όμως έχει φτιαχτεί με μέρη υπαρχόντων κυττάρων, κυρίως με αυτά τα 36 γονίδια, και όχι ως κάτι εντελώς από το μηδέν. Θα μπορούσε να θεωρηθεί ένα εξαιρετικά απογυμνωμένο E. coli, με λίγες προσθήκες από άλλους ιούς, βακτήρια και μέδουσα.
Τα τελευταία νέα για όσα συμβαίνουν στην επιστήμη και γιατί έχουν σημασία, κάθε μέρα.
Πώς συναρμολογήθηκε;
Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν τα 36 γονίδια σε επτά κυκλικά τμήματα DNA. Έφτιαξαν πολλά αντίγραφα από αυτά και τα έβαλαν σε διάλυμα που περιείχε όλα τα υπόλοιπα στοιχεία που χρειάζονται τα κύτταρα, όπως τα δομικά στοιχεία του DNA και των πρωτεϊνών, καθώς και λιπαρά μόρια που σχηματίζουν μόνα τους κυψελίδες σαν κύτταρα. Μερικές από αυτές τις κυψελίδες τελικά περιείχαν και τα επτά τμήματα του γονιδιώματος.
Τα κύτταρα διατηρούνται στη ζωή από 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 στοιχεία της ζωής, επειδή δεν μπορεί να παράγει 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 κάμψη της μεμβράνης, λέει η Adamala, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε απόσπαση ενός μέρους του SpudCell και στον σχηματισμό μιας ξεχωριστής φυσαλίδας. Δεν πρόκειται για ισότιμη διαίρεση σε δύο μέρη και τα προκύπτοντα κύτταρα έχουν τυχαίο συνδυασμό των κυκλικών τμημάτων DNA, με αποτέλεσμα πολλά να μην διαθέτουν πλήρη σύνολα γονιδίων.
Γιατί να μην τοποθετηθούν όλα τα γονίδια σε ένα μόνο μόριο DNA;
Αυτό θα ήταν καλύτερο, ώστε τα θυγατρικά κύτταρα να παίρνουν όλα τα γονίδια, αλλά είναι πολύ δύσκολο να δουλέψει κανείς με τόσο μεγάλα τμήματα DNA, λέει η Adamala. «Μόλις αποκτήσουμε ένα γονιδίωμα που θα μας ικανοποιεί, σίγουρα πρέπει να μπει σε ένα ενιαίο μεγάλο [τμήμα].»
SpudCell, με την κόκκινη μεμβράνη του χρωματισμένη με λιπιδική βαφή. Orion Venero, Adamala Lab
SpudCell, με την κόκκινη μεμβράνη του χρωματισμένη με λιπιδική βαφή
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 φτιάξουν μόνα τους τα «εργοστάσια» παραγωγής πρωτεϊνών, δηλαδή τα ριβοσώματα. Πρέπει να τους παρέχονται απ’ έξω. «Υποθέτουμε ότι αυτό συμβαίνει επειδή αποτυγχάνουν τα ριβοσώματα [και τα κύτταρα σταματούν να διαιρούνται]», λέει η Adamala. Άρα, όταν τα κύτταρα μπορέσουν να παράγουν μόνα τους τα ριβοσώματά τους, ίσως να μπορούν να συνεχίσουν να διαιρούνται επ’ αόριστον. «Πιστεύω ότι αυτό είναι εφικτό πολύ σύντομα.»
Όλα αυτά είναι εντυπωσιακά, αλλά γιατί να δημιουργηθεί εξαρχής το SpudCell;
«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 φυσικό αέριο. Πολλές από αυτές τις ουσίες είναι τοξικές, λέει, και θα σκότωναν τα φυσιολογικά κύτταρα που θα τις παρήγαγαν. Τα συνθετικά κύτταρα όμως θα μπορούσαν να σχεδιαστούν ώστε να τις αντέχουν.
Θα μπορούσε ποτέ να γίνει επικίνδυνο;
Όχι. Είναι ένα καθηλωμένο τέρας του Φρανκενστάιν που πρέπει να το ταΐζουν με το κουτάλι. Δεν υπάρχει κίνδυνος να ξεφύγει από τον έλεγχο. Και ακόμη κι αν καταφέρει να ζωντανέψει πλήρως, είναι απίθανο να μπορέσει να επιβιώσει έξω από ένα εργαστήριο ή ένα εργοστάσιο. Τα υπάρχοντα βακτήρια αποτελούν πολύ μεγαλύτερη απειλή.
