Ląstelės su visiškai dirbtinai susintetinta genomas pirmą kartą buvo pranešta 2010 m., iš kurių minimalistinis genomas ląstelė buvo gauta, kad ląstelių dalijimosi metu parodė nenormalią morfologiją. Neseniai į šią minimalistinę ląstelę įtraukta genų grupė atkūrė normalų ląstelių dalijimąsi
Ląstelės yra pagrindiniai struktūriniai ir funkciniai gyvybės vienetai. Šią teoriją 1839 m. pasiūlė Schleidenas ir Schwannas. Nuo tada mokslininkai domisi ląstelių funkcijų supratimu bandydami iki galo iššifruoti genetinį kodą, kad suprastų, kaip ląstelė auga ir dalijasi iki sukelti daugiau panašaus tipo ląstelių. Atsiradus DNR seką, buvo įmanoma iššifruoti seką genomas taip bandant suprasti ląstelių procesus, kad suvoktų gyvybės pagrindą. 1984 m. Morowitzas pasiūlė mikoplazmų tyrimą, paprasčiausią ląstelės gebantis savarankiškai augti, suprasti pagrindinius gyvenimo principus.
Nuo to laiko kelis kartus buvo bandoma sumažinti genomas dydžio iki minimalistinio skaičiaus, iš kurio atsiranda ląstelė, galinti atlikti visas pagrindines ląstelių funkcijas. Eksperimentai pirmiausia paskatino cheminę Mycoplasma mycoides sintezę genomas 1079 Kb 2010 m. ir buvo pavadintas JCVI-syn1.0. Tolesni ištrynimai JCVI-syn1.0, atlikti Hutchinson III ir kt. (1) sukėlė JCVI-syn3.0 2016 m., kuris turėjo a genomas 531 Kb dydis su 473 genais ir turėjo 180 minučių padvigubėjimo laiką, nors dalijantis ląstelėms buvo nenormali morfologija. Jame vis dar buvo 149 genai su nežinomomis biologinėmis funkcijomis, o tai rodo, kad yra dar neatrastų elementų, kurie yra būtini gyvybei. Tačiau JCVI-syn3.0 suteikia platformą gyvenimo funkcijoms tirti ir suprasti, taikant visumos principus.genomas dizainas.
Neseniai, 29 m. kovo 2021 d., Pelletier ir jo kolegos (2) panaudojo JCVI syn3.0, kad suprastų genus, reikalingus ląstelių dalijimuisi ir morfologijai, įvesdami 19 genų. genomas JCVI syn3.0, sukuriant JCVI syn3.0A, kurios morfologija panaši į JCVI syn1.0. dalijantis ląstelėms. 7 iš šių 19 genų apima du žinomus ląstelių dalijimosi genus ir 4 genus, koduojančius su membrana susijusius nežinomos funkcijos baltymus, kurie kartu atkūrė fenotipą, panašų į JCVI-syn1.0. Šis rezultatas rodo poligeninį ląstelių dalijimosi ir morfologijos pobūdį genomiškai minimalioje ląstelėje.
Atsižvelgiant į tai, kad JCVI syn3.0 gali išgyventi ir daugintis dėl savo minimalistinės genomas, jis gali būti naudojamas kaip pavyzdinis organizmas kuriant skirtingus ląstelių tipus, atliekančius įvairias funkcijas, kurios gali būti naudingos žmonėms ir aplinkai. Pavyzdžiui, galima įvesti genus, kurie veda į plastiko tirpimą, kad naujas organizmas galėtų būti panaudotas plastiko skaidymui biologiniu būdu. Panašiai galima įsivaizduoti, kad JCVI syn3.0 bus įtraukti su fotosinteze susijusių genų, kad būtų galima naudoti atmosferos anglies dioksidą, taip sumažinant jo kiekį ir padedant mažinti visuotinį atšilimą – didelę klimato problemą, su kuria susiduria žmonija. Tačiau tokius eksperimentus reikia vertinti labai atsargiai, kad būtų užtikrinta, jog į aplinką nepaleistume superorganizmo, kurį sunku suvaldyti paleidus.
Nepaisant to, idėja turėti ląstelę su minimalistiniu genomu ir jos biologinis manipuliavimas gali paskatinti sukurti įvairius ląstelių tipus su įvairiomis funkcijomis, galinčiomis išspręsti pagrindines žmonijos problemas ir jos galutinį išlikimą. Tačiau yra skirtumas tarp visiškai sintetinės ląstelės sukūrimo ir funkcionaliai sintetinės genomas. Ideali visiškai sintetinė dirbtinė ląstelė būtų susintetinta genomas kartu su sintezuotais citoplazminiais komponentais – tai žygdarbis, kurį mokslininkai norėtų pasiekti greičiau nei vėliau ateinančiais metais, kai technologijų pažanga pasieks aukščiausią tašką.
Pastaroji plėtra galėtų būti žingsnis link visiškai sintetinės ląstelės, galinčios augti ir dalytis, sukūrimo.
***
Nuorodos:
- Hutchison III C, Chuang R. ir kt., 2016. Minimalios bakterijos projektavimas ir sintezė genomas. Mokslas 25 2016 m. kovas: t. 351, 6280 leidimas, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L. ir kt., 2021. Genetiniai reikalavimai ląstelių dalijimuisi genomiškai minimalioje ląstelėje. Ląstelė. Paskelbta: 29 m. kovo 2021 d. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
