Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα αναφέρουν ότι δημιούργησαν το πρώτο συνθετικό κύτταρο που κατασκευάστηκε εξ' ολοκλήρου από το μηδέν και το παρατήρησαν να περνά έναν πλήρη κύκλο «ζωής», ο οποίος μάλιστα συμπεριλάμβανε και την αναπαραγωγή.
«Αναπαρήγαμε μέσω της χημείας κάτι που μέχρι τώρα ήταν δυνατό μόνο στη βιολογία: το πλήρες σύνολο συμπεριφορών ενός κυττάρου. Αυτό αποδεικνύει ότι οι πιο θεμελιώδεις λειτουργίες της ζωής, όπως η ανάπτυξη και η αναπαραγωγή, δεν χρειάζονται κάποια μυστηριώδη μαγική σπίθα», δήλωσε στο ScienceAlert η συνθετική βιολόγος Kate Adamala, επικεφαλής του έργου.
Το έργο ονομάζεται SpudCell και έχει γονιδίωμα μόλις 90.000 ζευγών βάσεων DNA. Αυτό σημαίνει ότι το γενετικό του υλικό είναι εξαιρετικά μικρό: τα ζεύγη βάσεων είναι τα μικρά χημικά «ζευγάρια» που σχηματίζουν το DNA και περιέχουν τις οδηγίες λειτουργίας ενός κυττάρου. Συγκριτικά, το ανθρώπινο γονιδίωμα έχει περίπου 3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων, ενώ οι βιολόγοι θεωρούσαν έως τώρα ότι ένα ζωντανό κύτταρο θα χρειαζόταν τουλάχιστον 113.000 ζεύγη βάσεων γενετικών δεδομένων για να λειτουργεί σωστά.
{https://www.youtube.com/watch?v=wpWdCpF69p4}
Όταν η Adamala είδε για πρώτη φορά το αποτέλεσμα, έμεινε άφωνη.
«Ήμουν πολύ χαρούμενη, ανακουφισμένη και λίγο καχύποπτη, επειδή πάντα ελέγχω τα αποτελέσματα δύο και 3 φορές. Μέχρι να ολοκληρωθούν όλοι οι έλεγχοι, οι έλεγχοι πάνω στους ελέγχους και οι πρόσθετοι έλεγχοι, δεν ήταν πια έκπληξη», δήλωσε στο ScienceAlert.
Σύμφωνα με το περιοδικό Science, το SpudCell αντιμετώπισε ορισμένα εμπόδια στη διαδικασία δημοσίευσης: ένας αξιολογητής στο Cell, ένα σημαντικό επιστημονικό περιοδικό, φέρεται να είπε ότι το έργο δεν αποτελεί πραγματική βιολογία.
Αυτό μπορεί να οφείλεται εν μέρει στο ότι το SpudCell δεν πληροί ακριβώς τα κριτήρια της πραγματικής «ζωής»: δεν μπορεί να αναπαράγεται μόνο του για πολλές γενιές και, επομένως, δεν μπορεί ούτε να εξελιχθεί.
«Το SpudCell δεν μοιάζει εντυπωσιακό αν το κρίνετε με βάση τα φυσικά βιολογικά συστήματα: έχει πολύ αργό κύκλο ανάπτυξης και αναπαραγωγής, καθώς και μεταβολισμό με υψηλές απαιτήσεις», εξήγησε η Adamala στο ScienceAlert.
Κάθε τεχνητό SpudCell αποτελείται από ένα λιπόσωμα, δηλαδή μια σφαίρα από λιπαρά που μιμείται την εξωτερική μεμβράνη ενός πραγματικού κυττάρου, μέσα στην οποία βρίσκονται 7 πλασμίδια, μικρές μονάδες DNA που συναντώνται συχνά στα βακτήρια και διαφέρουν κάπως από τα χρωμοσώματα που ίσως γνωρίζετε.
Μαζί, αυτά τα 7 πλασμίδια συνθέτουν το γονιδίωμα του SpudCell, και τις 90 χιλιοβάσεις ζευγών του.
Το «κύτταρο» διαθέτει επίσης ένα ενσωματωμένο «σύστημα έκφρασης πρωτεϊνών», το οποίο μετατρέπει τις γενετικές οδηγίες του DNA σε λειτουργία. Αυτό επιτρέπει στο «κύτταρο» να μετατρέπει τα θρεπτικά συστατικά που απορροφά από το υγρό περιβάλλον γύρω του σε χρήσιμα υλικά και καθιστά δυνατή την κυτταρική διαίρεση.
Όπως αναφέρουν οι ερευνητές, το σύστημα SpudCell είναι ικανό για «επιλογή, αντιγραφή γονιδιώματος, ανάπτυξη, απόκτηση πόρων μέσω τροφοδότησης και γενετικά κωδικοποιημένη διαίρεση».
Γιατί οι επιστήμονες θέλουν να δημιουργήσουν τεχνητά κύτταρα από το μηδέν
Πέρα από τη διερεύνηση του θεμελιώδους ερωτήματος για το πού ακριβώς βρίσκεται το όριο της ζωής, μελλοντικά συνθετικά κυτταρικά συστήματα θα μπορούσαν ενδεχομένως να σχεδιαστούν ώστε να λειτουργούν σαν μικρά βιολογικά εργοστάσια, παράγοντας οργανικά υλικά όπως φάρμακα, βιοϋλικά, χημικές ουσίες και άλλα χρήσιμα προϊόντα.
Τα εργαστήρια χρησιμοποιούν ήδη με αυτόν τον τρόπο γενετικά τροποποιημένα βακτήρια και άλλα μικρόβια, ενώ κάτι αντίστοιχο συμβαίνει και στην παραγωγή ινσουλίνης ιατρικής χρήσης.
Ένα πλήρως συνθετικό κύτταρο θα μπορούσε να προσφέρει αποδοτικότητα και εξειδίκευση που ξεπερνούν τις υπάρχουσες βιοτεχνολογίες.
Μπορεί, βέβαια, να αποδειχθεί και λιγότερο χρήσιμο από τα σχέδια της ίδιας της φύσης.
Προς το παρόν, τα SpudCells δεν επιβιώνουν για περισσότερες από λίγες γενιές. Δεν μπορούν στην πραγματικότητα να παράγουν το δικό τους σύστημα έκφρασης πρωτεϊνών ούτε να ρυθμίζουν τον μεταβολισμό τους, επομένως εξαρτώνται πλήρως από τις ουσίες και τα συστατικά του υγρού μέσου μέσα στο οποίο αιωρούνται.
Επίσης, αυτές οι μικρές μάζες δεν διαθέτουν κυτταροσκελετό, δηλαδή το εσωτερικό πλέγμα στήριξης που υποστηρίζει τα φυσικά κύτταρα. Αυτό απλοποιεί τη δομή τους, αλλά σημαίνει επίσης ότι δεν μπορούν να μεταφέρουν υλικά στο εσωτερικό τους ούτε να απομακρύνουν απόβλητα.
Ωστόσο, η εργασία αυτή αποτελεί απόδειξη της βασικής ιδέας, πάνω στην οποία μπορούν να βασιστούν άλλοι επιστήμονες, και την οποία θα παρακολουθούμε στενά τα επόμενα χρόνια.
«Στόχος μας είναι να αποκτήσουμε πλήρη λειτουργική ικανότητα μηχανικής της βιολογίας. Για να το πετύχουμε αυτό, πρέπει να γνωρίζουμε πού μπαίνει κάθε δομικό στοιχείο. Χρειαζόμαστε ένα πλήρες σχέδιο. Αυτό ακριβώς προσφέρει το SpudCell και κανένα άλλο γνωστό σήμερα κύτταρο. Έχουμε τα πλήρη σχεδιαγράμματά του, οπότε μπορούμε να κάνουμε μηχανική πάνω σε αυτό το πλαίσιο», ανέφερε η Adamala.
«Ελπίζω ότι άλλοι θα επεκτείνουν αυτό το πλαίσιο, ώστε να προσθέσουν πιο αξιόπιστη διαίρεση, κάποιος ας βάλει κυτταροσκελετό παρακαλώ!, και πιο ισχυρές μεταβολικές οδούς», πρόσθεσε.
Η έρευνα δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από ομοτίμους, αλλά προδημοσίευση είναι διαθέσιμη στον ιστότοπο του Biotic.
