SpudCell: Første syntetiske celle bygget fra bunden – kan spise, vokse og dele sig

SpudCell er radikalt enklere end nogen naturlig celle. En typisk bakterie som E. coli indeholder millioner eller milliarder af molekyler; SpudCell indeholder kun 150 til 200 molekyler i alt . Dets genom består af syv sløjfer af designer-DNA, der koder for instruktioner til vækst og reproduktion .

SpudCell er afhængig af PURE-systemet (Protein synthesis Using Recombinant Elements) – et minimalt, rekonstitueret in vitro-transkriptions- og translationsapparat. Det har intet indbygget stofskifte og er fuldstændig afhængigt af dette specialbyggede molekylære miljø for at udtrykke sit genetiske program .

Hvordan den spiser

Cellemembranen indeholder transmembrane porer baseret på det bakterielle protein alpha-hemolysin, som tillader nukleotider og små næringsstoffer at flyde ind i cellen . Porerne kan åbnes eller lukkes ved at tilføre en kemisk induktor, hvilket giver holdet kontrolleret fodring .

Hvordan den deler sig

Delingen drives ved at rekruttere membranbundet FtsZ-protein (bakteriens tubulin-homolog) til lipid-dobbeltlaget. Når nok FtsZ har samlet sig, danner det en kontraktil ring, der kniber membranen indad, indtil cellen deler sig i to. Systemet bruger et lysfølsomt eller kemisk inducerbart proteinanker til at kontrollere, hvornår og hvor FtsZ samles, hvilket giver ekstern kontrol over celledelingstidspunktet .

De store begrænsninger: Ikke helt levende

På trods af gennembruddet er SpudCell langt fra en selvopretholdende levende organisme. Forskerne er ærlige omkring dets mangler:

• Ineffektiv celledeling: Delingen beskrives som 'klodset'. Kun en brøkdel af SpudCeller gennemfører med succes en fuld deling; mange holder op med at snøre sig sammen eller går i opløsning .
• Dårlig genom-retention: Datterceller arver ofte et ufuldstændigt eller slet intet genom. Holdet estimerer, at genom-retentionen ligger godt under 50 % per deling, hvilket betyder, at mange 'afkom' ikke kan fortsætte cyklussen .
• Nedbrydning af ribosomer: PURE-systemets ribosomer nedbrydes i løbet af cellecyklussen. Efter 3-4 generationer går proteinsyntesen i stå, og cellelinjen kollapser. Dette begrænser SpudCell-slægten til cirka 5 generationer (omkring 2-3 dage), før den skal udskiftes .
• Ingen darwinistisk evolution: SpudCell udfører programmeret replikation, men kan ikke mutere, konkurrere eller udvikle sig autonomt. Hver cyklus er en deterministisk udførelse af det eksternt leverede program – ikke åben evolution .

Som Adamala sagde til CNN, er SpudCell 'en meget skrøbelig organisme, der primært eksisterer for at forbruge og af og til producere en datter' .

Status for fagfællebedømmelse

Forskningen er under vurdering hos et videnskabeligt tidsskrift, men har endnu ikke gennemgået fagfællebedømmelse. Holdet offentliggjorde en 190 sider lang preprint af deres arbejde online. The New York Times, der citerer forskerne, bekræftede, at manuskriptet er under vurdering . Det specifikke tidsskrift er ikke blevet offentliggjort.

Biotic: En open source-fremtid for syntetiske celler

Samtidig med SpudCell-annonceringen afslørede forskerne Biotic (BIOTIC) – en nyoprettet amerikansk 501(c)(3) nonprofit medstiftet af Kate Adamala og syntetisk biolog ved Stanford, Drew Endy .

Biotics mission er at fremme nye bioteknologier på en multilateral, open source-basis. University of Minnesota ejer patentet på SpudCell, men har givet eneret til Biotic, som er struktureret til at holde den grundlæggende teknologi frit tilgængelig for forskere verden over – en tilgang, der spejler Human Genome Project . Drew Endys Caltech-biografi bekræfter, at han 'for nylig medstiftede BIOTIC som en ny nonprofit, der fremmer nye bioteknologier på multilateral basis' .

Hvorfor det betyder noget

SpudCell repræsenterer et dramatisk skridt mod det længe forfulgte mål at bygge en levende celle fra bunden. Det giver en minimal platform til at studere livets grundlæggende krav og kan på sigt muliggøre anvendelser inden for medicin, biofremstilling og kemisk produktion. Som Adamala sagde til Star Tribune, er motivationen at 'omstille økonomien til en bioøkonomi' ved at fremstille kemikalier uden petrokemi .

Men for nu er SpudCell et bevis på konceptet – en skrøbelig, kortlivet samling af molekyler, der efterligner livet tættere end noget andet, der nogensinde er bygget, men som ikke er levende efter nogen standarddefinition.