Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα ανακοίνωσαν ότι δημιούργησαν το πρώτο συνθετικό κύτταρο που κατασκευάστηκε εξ ολοκλήρου από μη ζωντανά χημικά συστατικά και κατάφερε να ολοκληρώσει ολόκληρο τον κυτταρικό του κύκλο, από την ανάπτυξη έως την αναπαραγωγή. Πρόκειται για το SpudCell, ένα επίτευγμα που πολλοί χαρακτηρίζουν ως ένα από τα σημαντικότερα βήματα στην ιστορία της συνθετικής βιολογίας, αν και η εργασία δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από ομότιμους επιστήμονες (peer review).
«Αυτό είναι το πιο συναρπαστικό και σημαντικό πράγμα που έχω κάνει ποτέ στη δουλειά μου και χρειάστηκε αρκετός χρόνος για να συνειδητοποιήσω ότι όντως συνέβαινε», δήλωσε στο ScienceAlert η συνθετική βιολόγος Kate Adamala, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.
«Αναπαράγαμε με τη χημεία αυτό που μέχρι σήμερα ήταν δυνατό μόνο στη βιολογία: το πλήρες σύνολο των συμπεριφορών ενός κυττάρου. Αποδεικνύεται ότι οι πιο θεμελιώδεις λειτουργίες της ζωής, όπως η ανάπτυξη και η αναπαραγωγή, δεν απαιτούν κάποια μυστηριώδη ή “μαγική” σπίθα», πρόσθεσε.
Το SpudCell διαθέτει γονιδίωμα μόλις 90.000 ζευγών βάσεων (90 kbp), σημαντικά μικρότερο από το θεωρητικό ελάχιστο των 113.000 ζευγών βάσεων που πολλοί επιστήμονες θεωρούσαν απαραίτητο για τη λειτουργία ενός κυττάρου. Για λόγους σύγκρισης, το ανθρώπινο γονιδίωμα περιλαμβάνει περίπου 3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων, ενώ ακόμη και το απλό βακτήριο E. coli διαθέτει περίπου 4,6 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων.
Η μελέτη έχει αναρτηθεί ως προδημοσίευση (preprint) στον ιστότοπο του νέου μη κερδοσκοπικού οργανισμού Biotic, που ίδρυσε η Adamala μαζί με τον βιομηχανικό βιολόγο Drew Endy, με στόχο την ανοικτή ανάπτυξη της τεχνολογίας από τη διεθνή επιστημονική κοινότητα.
Όταν η Adamala είδε για πρώτη φορά τα αποτελέσματα, δυσκολεύτηκε να τα πιστέψει.
«Ήμουν πολύ χαρούμενη, ανακουφισμένη αλλά και λίγο καχύποπτη, γιατί πάντα ελέγχω και ξαναελέγχω τα αποτελέσματα. Μέχρι να ολοκληρωθούν όλοι οι έλεγχοι και οι επαναλήψεις, δεν αποτελούσε πλέον έκπληξη», είπε.
Δεν είναι ακόμη «ζωή»
Παρά τη σπουδαιότητα του επιτεύγματος, οι ίδιοι οι δημιουργοί του ξεκαθαρίζουν ότι το SpudCell δεν αποτελεί ακόμη ζωντανό οργανισμό.
Δεν μπορεί να αναπαράγεται επ’ αόριστον, δεν εξελίσσεται μέσω φυσικής επιλογής όπως οι φυσικοί οργανισμοί και εξαρτάται πλήρως από το περιβάλλον του για την επιβίωσή του. Για τον λόγο αυτό, σύμφωνα με το περιοδικό Science, ένας αξιολογητής του κορυφαίου επιστημονικού περιοδικού Cell φέρεται να απέρριψε τη δημοσίευση, υποστηρίζοντας ότι το έργο «δεν είναι πραγματική βιολογία».
Η Adamala διαφωνεί.
«Οι βιολόγοι ίσως δεν εκτιμούν τη σημασία της χημικής απλότητας ενός ελάχιστου κυττάρου. Το SpudCell είναι αργό, ενεργειακά απαιτητικό και πολύ λιγότερο αποτελεσματικό από ένα φυσικό κύτταρο, αλλά αυτό δεν μειώνει τη σημασία του.»
Πώς λειτουργεί το SpudCell
Κάθε SpudCell αποτελείται από ένα λιπόσωμα, δηλαδή μια μικροσκοπική σφαίρα λιπιδίων που μιμείται την κυτταρική μεμβράνη, στο εσωτερικό της οποίας βρίσκονται επτά πλασμίδια DNA που σχηματίζουν το γονιδίωμά του.
Στο εσωτερικό του διαθέτει επίσης ένα πλήρως καθορισμένο σύστημα σύνθεσης πρωτεϊνών (PURE system), αποτελούμενο από 36 καθαρισμένα ένζυμα, το οποίο μεταφράζει τις γενετικές πληροφορίες σε πρωτεΐνες. Το κύτταρο «τρέφεται» συντήκοντας τη μεμβράνη του με ειδικά «τροφοδοτικά λιποσώματα», τα οποία μεταφέρουν ριβοσώματα, ένζυμα και θρεπτικά συστατικά. Έτσι αποκτά τα απαραίτητα δομικά στοιχεία για να αναπτυχθεί, να αντιγράψει το DNA του και να διαιρεθεί.
Σε αντίθεση με τα φυσικά κύτταρα, το SpudCell δεν διαθέτει κυτταροσκελετό. Αντί να χρησιμοποιεί ένα πολύπλοκο εσωτερικό δίκτυο πρωτεϊνών για να διαιρεθεί, αξιοποιεί πρωτεΐνες που συσσωρεύονται στην επιφάνεια της μεμβράνης, δημιουργώντας μηχανική πίεση μέχρι αυτή να διαχωριστεί σε δύο νέα κύτταρα.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, το σύστημα μπορεί να πραγματοποιήσει επιλογή, αντιγραφή γονιδιώματος, ανάπτυξη, πρόσληψη θρεπτικών ουσιών και γενετικά καθοδηγούμενη κυτταρική διαίρεση.
Τα όρια της τεχνολογίας
Παρά την επιτυχία του, το SpudCell παρουσιάζει σημαντικούς περιορισμούς.
Δεν μπορεί να παράγει μόνο του τα ριβοσώματα που απαιτούνται για τη σύνθεση πρωτεϊνών, ούτε να ρυθμίσει αποτελεσματικά τον μεταβολισμό του ή να απομακρύνει τα άχρηστα προϊόντα του. Εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το θρεπτικό διάλυμα στο οποίο βρίσκεται και, μετά από περίπου πέντε γενιές, σταματά να λειτουργεί. Κάθε κύκλος διαίρεσης διαρκεί περίπου 12 ώρες, όταν ένα βακτήριο όπως το E. coli μπορεί να διαιρεθεί μέσα σε περίπου 30 λεπτά.
Γιατί οι επιστήμονες θέλουν να δημιουργήσουν τεχνητά κύτταρα;
Η δημιουργία ενός πλήρως συνθετικού κυττάρου δεν αποτελεί μόνο μια προσπάθεια να απαντηθεί το διαχρονικό ερώτημα «τι είναι ζωή;».
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι στο μέλλον τέτοια συστήματα θα μπορούν να λειτουργούν ως μικροσκοπικά βιολογικά εργοστάσια, παράγοντας φάρμακα, νέα βιοϋλικά, καύσιμα, χημικές ουσίες ή ακόμη και βιοδιασπώμενα πλαστικά με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα από τους σημερινούς γενετικά τροποποιημένους μικροοργανισμούς.
Ο καθηγητής Tom Ellis του Imperial College London, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα, χαρακτήρισε το επίτευγμα «τη μεγαλύτερη πρόοδο που έχει σημειωθεί τα τελευταία χρόνια στον τομέα», επισημαίνοντας ότι η δημιουργία ενός συνθετικού κυττάρου μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν τις ελάχιστες προϋποθέσεις για την εμφάνιση της ζωής αλλά και να σχεδιάσουν νέα βιολογικά συστήματα από την αρχή.
Η ίδια η Adamala εμφανίζεται αισιόδοξη για το μέλλον.
«Στόχος μας είναι να αποκτήσουμε πλήρη δυνατότητα μηχανικού σχεδιασμού της βιολογίας. Για να το πετύχουμε, πρέπει να γνωρίζουμε πού βρίσκεται κάθε δομικό στοιχείο. Χρειαζόμαστε ένα πλήρες σχέδιο. Αυτό ακριβώς προσφέρει το SpudCell.»
Και κλείνει με χιούμορ:
«Ελπίζω άλλοι ερευνητές να επεκτείνουν αυτή την πλατφόρμα, προσθέτοντας πιο αξιόπιστους μηχανισμούς διαίρεσης κάποιος ας του βάλει επιτέλους έναν κυτταροσκελετό! και ισχυρότερα μεταβολικά μονοπάτια. Μετά από αυτό, μάλλον θα πάρω έναν χρόνο άδεια για να το γιορτάσω.»
Με πληροφορίες από Statnews / Biotic / Guardian / Sciencealert
