Naukowcy zbudowali doskonale samoreplikującą się syntetyczną komórkę

Naukowcy stworzyli jednokomórkowy organizm syntetyczny, który dzieli i mnoży się tak, jak w rzeczywistości. Ten postęp może pewnego dnia pomóc naukowcom zbudować maleńkie komputery i maleńkie fabryki produkujące leki z syntetyzowanych komórek.

Oczywiście ta przyszłość prawdopodobnie nie zostanie zrealizowana przez wiele lat.

„Jest tak wiele sposobów, w jakie nadchodzący wiek biologii może potencjalnie zmienić nasze codzienne życie na lepsze” – powiedziała starszy autor Elizabeth Strychalski, lider Cellular Engineering Group w National Institute of Standards and Technology (NIST). Na przykład Strychalski i jej koledzy planują zaprojektować żywe czujniki, które będą mogły dokonywać pomiarów w otaczającym ich środowisku, monitorując kwasowość, temperaturę i poziom tlenu w pobliżu.

Te komórki czuciowe mogą być również wytwarzane w celu wytwarzania określonych produktów – a mianowicie leków – i mogą być potencjalnie umieszczane w ludzkim ciele. „Wizja jest taka, że ​​kiedy komórka wyczuwa stan chorobowy, mogą zacząć działać leczniczo, a kiedy stan chorobowy trwa dłużej, mogą zaprzestać działania leczniczego” – powiedziała Strychalski. Dodała, że ​​inne komórki można by hodować w laboratorium i wykorzystywać do wydajnej produkcji żywności i paliw, podczas gdy jeszcze inne można by zmusić do wykonywania funkcji obliczeniowych na skalę molekularną.

Ale znowu, to wszystko wizje na przyszłość. Naukowcy muszą poznać tajemnice komórki na podstawowym poziomie, zanim będą mogli manipulować nią w swoich syntetycznych organizmach.

W nowym badaniu Strychalski i jej koledzy zrobili krok w kierunku tego celu i 29 marca opublikowali swoje wyniki w czasopiśmie Cell. Zaczęli od istniejącej syntetycznej komórki o nazwie JCVI-syn3.0, która została utworzona w 2016 roku i zawiera tylko 473 geny. (Dla porównania, bakteria Escherichia coli ma około 4000 genów).

Ta pozbawiona kości komórka została stworzona z bakterii Mycoplasma genitalium, drobnoustroju przenoszonego drogą płciową, którą naukowcy pozbawili naturalnego DNA i zastąpili własnym zmodyfikowanym DNA. Tworząc JCVI-syn3.0, naukowcy chcieli dowiedzieć się, które geny są absolutnie niezbędne do przetrwania i normalnego funkcjonowania komórki, a które są zbędne.

Ale chociaż JCVI-syn3.0 mógł bez problemu budować białka i replikować swoje DNA, minimalistyczna komórka nie mogła podzielić się na jednorodne sfery. Zamiast tego dzielił się przypadkowo, wytwarzając komórki potomne o wielu różnych kształtach i rozmiarach.

Poprzednia wersja minimalnej komórki o nazwie JCVI-syn3.0 nie dzieliła się normalnie. Ta mikrografia przedstawia, w jaki sposób komórka podzieliłaby się na komórki potomne o wielu różnych rozmiarach. (Zdjęcie: Micrographs dostarczone przez Lijie Sun (J. Craig Venter Institute))

Po latach pracy naukowcy stworzyli JCVI-syn3A, który zawiera łącznie 492 geny. Odkryli, że siedem z tych genów ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego podziału komórek.

„Szereg genów w komórce minimalnej nie pełniło znanej funkcji” – powiedział współautor publikacji, James Pelletier, który w czasie pracy był absolwentem w Massachusetts Institute of Technology (MIT) Center for Bits and Atomy. Podobnie, „okazało się, że niektóre z genów, które komórka musi podzielić, nie miały wcześniej znanej funkcji” – powiedział. Ponowne wprowadzenie tych genów pozwoliło minimalnej komórce na podział na idealnie jednorodne kule.

Pelletier powiedział, że niektóre z tych ważnych genów prawdopodobnie oddziałują z błoną komórkową w oparciu o ich sekwencje genetyczne. Może to oznaczać, że zmieniają właściwości fizyczne błony, czyniąc ją wystarczająco plastyczną, aby mogła się prawidłowo podzielić, lub że wytwarzają siły w błonie, które sprzyjają podziałowi, powiedział. Zauważył jednak, że na razie zespół nie wie, jakich konkretnych mechanizmów używają geny, aby pomóc komórkom się podzielić.

„Nasze badanie nie miało na celu odkrycia mechanizmów wewnątrz komórki związanych z każdym z tych genów o nieznanej funkcji” – powiedziała Strychalski. “To będziemy musieli dopiero zbadać.”

Podczas gdy naukowcy nadal badają tajemnice minimalnej komórki, inni biologowie syntetyczni pracują z jeszcze bardziej uproszczonymi systemami. Biologia syntetyczna istnieje w szerokim spektrum, od „zupy nieożywionych związków chemicznych do komórek ssaków lub komórek bakteryjnych” – powiedziała Strychalski. Przyszłość tej dziedziny może doprowadzić nas do innowacyjnych cudów, takich jak komputery wielkości komórki, ale na razie praca jest w dużej mierze napędzana ciekawością dotyczącą tego, jak łączą się podstawowe elementy życia i co to może nam powiedzieć o nas.

„Jak rozumiemy najbardziej podstawową jednostkę życia, komórkę?… Jest w tym coś bardzo fascynującego” – powiedziała Strychalski. „Możemy sobie wyobrazić wszystkie rzeczy, które możemy zrobić na… tej minimalnej platformie”.

Nowy organizm syntetyczny, zwany JCVI-syn3A, zawiera siedem kluczowych genów, które pomagają mu dzielić się tak, jak robią to normalne komórki. (Zdjęcie: Micrographs dostarczone przez Jamesa Pelletiera (MIT Center for Bits and Atoms and Department of Physics) i Elizabeth Strychalski (National Institute of Standards and Technology))

Źródło: Nicoletta Lanese

Genetic requirements for cell division in a genomically minimal cell

Scientists Synthesize Bacteria with Smallest Genome Yet

Zdjęcie: Micrographs provided by James Pelletier (MIT Center for Bits and Atoms and Department of Physics) and Elizabeth Strychalski (National Institute of Standards and Technology)

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x