SpudCell: Ensimmäinen synteettinen solu, joka on rakennettu tyhjästä – se syö, kasvaa ja jakautuu

Tärkeimmät tekniset tiedot: Mistä SpudCell on tehty

SpudCell on radikaalisti yksinkertaisempi kuin mikään luonnollinen solu. Tyypillinen bakteeri, kuten E. coli, sisältää miljoonia tai miljardeja molekyylejä; SpudCell sisältää vain 150–200 molekyyliä yhteensä . Sen perimä koostuu seitsemästä suunnitellun DNA:n renkaasta, jotka koodaavat kasvuun ja lisääntymiseen tarvittavia ohjeita . (Aiemmassa saman ryhmän esijulkaisutyössä kuvataan osittaista synteettistä perimää, joka on yli 200 kb ja sisältää yli 150 geeniä .)

SpudCell käyttää PURE-järjestelmää (Protein synthesis Using Recombinant Elements) – minimaalista, rekonstituoitua in vitro -transkriptio-translaatiokonetta. Sillä ei ole omaa aineenvaihduntaa, vaan se on täysin riippuvainen tästä erityisestä molekyyliympäristöstä toteuttaakseen geneettisen ohjelmansa .

Miten se syö

Solukalvoon on integroitu transmembraanihuokosia, jotka perustuvat bakteeriproteiini alfa-hemolysiiniin. Nämä huokoset päästävät nukleotideja ja pieniä ravintoainemolekyylejä solun sisään . Huokosia voidaan avata tai sulkea lisäämällä kemiallinen induktori, mikä antaa tiimille mahdollisuuden säädellä ravinnonottoa .

Miten se jakautuu

Jakautumista ohjataan rekrytoimalla kalvoon kiinnittyvää FtsZ-proteiinia (bakteerien tubuliinihomologi) lipidikaksoiskerrokseen. Kun FtsZ-proteiinia kertyy riittävästi, se muodostaa supistumisrenkaan, joka puristaa kalvoa sisäänpäin, kunnes solu halkeaa kahtia. Järjestelmä käyttää valoherkkää tai kemiallisesti indusoitavaa proteiiniankkuria hallitakseen FtsZ:n kokoontumista, mikä tarjoaa ulkoisen kontrollin jakautumisen ajoitukseen .

Suurimmat rajoitukset: Ei aivan elossa

Läpimurrosta huolimatta SpudCell on kaukana omavaraisesta elävästä organismista. Tutkijat ovat rehellisiä sen puutteista:

• Tehoton jakautuminen: Jakautumista kuvataan ”kömpelöksi”. Vain osa SpudCell-soluista onnistuu jakautumaan; monet lopettavat supistumisen tai hajoavat .
• Huono perimän säilyminen: Tytärsolut perivät usein epätäydellisen tai ei ollenkaan kopiota perimästä. Tiimi arvioi, että perimän säilyminen on selvästi alle 50 % jakautumista kohden, mikä tarkoittaa, että monet ”jälkeläiset” eivät pysty jatkamaan kiertoa .
• Ribosomien hajoaminen: PURE-järjestelmän ribosomit hajoavat solusyklin aikana. 3–4 sukupolven jälkeen proteiinisynteesi pysähtyy, ja solulinja romahtaa. Tämä rajoittaa SpudCell-sukupolven noin 5 sukupolveen (noin 2–3 päivää), minkä jälkeen se on korvattava .
• Ei darwinilaista evoluutiota: SpudCell toteuttaa ohjelmoitua replikaatiota, mutta se ei pysty mutatoitumaan, kilpailemaan tai kehittymään itsenäisesti. Jokainen sykli on ulkoisesti annetun ohjelman deterministinen toteutus – ei avoimen pääoman evoluutio .

Kuten Adamala kertoi CNN:lle, SpudCell on ”erittäin hauras organismi, joka on olemassa pääasiassa kuluttaakseen ja satunnaisesti tuottaakseen tyttären” .

Vertaisarvioinnin tila

Tutkimus on vertaisarvioitu tieteellisessä lehdessä, mutta sitä ei ole vielä hyväksytty. Tiimi julkaisi 190-sivuisen esijulkaisun työstään verkossa. The New York Times vahvisti tutkijoiden kanssa käydyn keskustelun perusteella, että käsikirjoitus on vertaisarvioitavana . Kyseistä lehteä ei ole kerrottu.

Biotic: Avoimen lähdekoodin tulevaisuus synteettisille soluille

SpudCell-ilmoituksen yhteydessä tutkijat paljastivat Bioticin (BIOTIC) – uuden Yhdysvalloissa rekisteröidyn 501(c)(3) -tyyppisen yleishyödyllisen hyväntekeväisyysjärjestön, jonka perustivat Kate Adamala ja Stanfordin synteettinen biologi Drew Endy .

Bioticiin tehtävä on edistää nousevia bioteknologioita monenvälisellä, avoimen lähdekoodin pohjalta. Minnesotan yliopisto omistaa patentin SpudCellille, mutta on lisensoinut sen yksinoikeudella Bioticille, joka on rakenteeltaan sellainen, että perustavanlaatuinen teknologia pysyy vapaasti tutkijoiden saatavilla maailmanlaajuisesti – samalla tavalla kuin Human Genome Project -projektin lähestymistapa . Drew Endyn Caltech-elämäkerta vahvistaa, että hän ”perusti äskettäin BIOTICin uutena hyväntekeväisyysjärjestönä edistämään nousevia bioteknologioita monenvälisellä pohjalla” .

Miksi sillä on merkitystä

SpudCell edustaa dramaattista askelta kohti pitkäaikaista tavoitetta rakentaa elävä solu tyhjästä. Se tarjoaa minimaalisen alustan elämän perusedellytysten tutkimiseen ja voi lopulta mahdollistaa sovelluksia lääketieteessä, biotuotannossa ja kemikaalien tuotannossa. Kuten Adamala kertoi Star Tribune -lehdelle, motivaationa on ”siirtyä bioekonomiaan” eli valmistaa kemikaaleja ilman petrokemikaaleja .

Mutta toistaiseksi SpudCell on periaatteen todiste – hauras, lyhytikäinen molekyylien kokonaisuus, joka jäljittelee elämää tarkemmin kuin mikään aiemmin rakennettu, mutta ei ole vielä elossa millään tavanomaisella määritelmällä.