ספודסל: התא הסינתטי הראשון שנבנה מאפס – אוכל, גדל ומתחלק

את המחקר הובילו פרופסור חבר קייט אדמאלה ופרופסור חבר אהרון אנגלהארט מהפקולטה למדעי הביולוגיה. הצוות בנה את ספודסל מלמטה למעלה, חלק כימי אחר חלק כימי. זהו הבדל משמעותי לעומת עבודות קודמות, כמו "התא המינימלי" של מכון ג'יי קרייג ונטר מ-2016, שנוצר על ידי השתלת גנום סינתטי לתוך תא טבעי קיים, ולא על ידי הרכבה מאפס .

חשוב להבהיר: זו אינה יצירת חיים סינתטיים, אלא הקירוב השלם ביותר שנבנה אי פעם מרכיבים דוממים. הנה מה שהצוות השיג, איך זה עובד, היכן המגבלות, ומה המשמעות של העמותה החדשה Biotic.

מפרט טכני עיקרי: ממה עשוי ספודסל

ספודסל פשוט באופן קיצוני מכל תא טבעי. חיידק טיפוסי כמו E. coli מכיל מיליונים או מיליארדי מולקולות; ספודסל מכיל רק 150 עד 200 מולקולות בסך הכל . הגנום שלו מורכב מ-שבע לולאות של DNA מהונדס המקודדות הוראות לגדילה ורבייה . (עבודה מוקדמת יותר של אותה קבוצה מתארת גנום סינתטי חלקי של למעלה מ-200 קילו-בסיסים עם יותר מ-150 גנים ).

ספודסל מסתמך על מערכת PURE (Protein synthesis Using Recombinant Elements) – מערכת מינימלית ומשוחזרת של שעתוק-תרגום in vitro. אין לו מטבוליזם טבעי והוא תלוי לחלוטין בסביבה המולקולרית המותאמת אישית הזו כדי לבטא את התכנית הגנטית שלו .

איך הוא אוכל?

קרום התא מכיל נקבוביות חוצות-ממברנה המבוססות על החלבון החיידקי אלפא-המוליזין, המאפשרות לנוקלאוטידים ומולקולות מזון קטנות לזרום לתוך התא . ניתן לפתוח או לסגור את הנקבוביות על ידי הוספת חומר כימי מעורר, מה שמקנה לצוות שליטה על קצב האכלה .

איך הוא מתחלק?

החלוקה מונעת על ידי גיוס חלבון FtsZ (ההומולוג החיידקי של טובולין) אל ממברנת השומנים. כאשר מצטבר מספיק FtsZ, הוא יוצר טבעת מתכווצת הלוחצת את הממברנה פנימה עד שהתא נחצה לשניים. המערכת משתמשת בעוגן חלבוני הרגיש לאור או לחומר כימי כדי לשלוט מתי והיכן FtsZ מתרכב, ומספקת שליטה חיצונית על תזמון החלוקה .

המגבלות העיקריות: לא ממש חי

למרות פריצת הדרך, ספודסל רחוק מלהיות אורגניזם חי עצמאי. החוקרים כנים לגבי חסרונותיו:

• חלוקה לא יעילה: החלוקה מתוארת כ"מסורבלת". רק חלק קטן מהתאים משלים בהצלחה ביקוע; רבים מפסיקים להתכווץ או מתפרקים .
• שימור גנום ירוד: תאי בת יורשים לעתים קרובות עותק לא שלם או בכלל לא מקבלים עותק של הגנום. הצוות מעריך ששימור הגנום יורד הרבה מתחת ל-50% בכל חלוקה, מה שאומר שצאצאים רבים לא יכולים להמשיך את המחזור .
• התפרקות ריבוזומים: הריבוזומים של מערכת PURE מתכלים במהלך מחזור החיים של התא. לאחר 3–4 דורות, סינתזת החלבונים נעצרת ושורת התאים קורסת. זה מגביל את שושלת ספודסל לכ-5 דורות בערך (כ-2-3 ימים) לפני שהיא חייבת להיות מוחלפת .
• ללא אבולוציה דרוויניסטית: ספודסל מבצע שכפול מתוכנת, אך אינו יכול לעבור מוטציה, להתחרות או להתפתח באופן אוטונומי. כל מחזור הוא ביצוע דטרמיניסטי של תכנית חיצונית – לא אבולוציה פתוחה .

כפי שאדמאלה אמרה ל-CNN, ספודסל הוא "אורגניזם שברירי מאוד שקיים בעיקר כדי לצרוך ומדי פעם ליצור בת" .

סטטוס ביקורת עמיתים

המחקר נמצא תחת ביקורת בכתב עת מדעי, אך טרם השלים את תהליך ביקורת העמיתים. הצוות פרסם מקדימה בת 190 עמודים באינטרנט. הניו יורק טיימס, בציטוט החוקרים, אישר שכתב היד נמצא תחת ביקורת . כתב העת הספציפי לא נחשף.

Biotic: עתיד בקוד פתוח לתאים סינתטיים

לצד ההכרזה על ספודסל, חשפו החוקרים את Biotic (BIOTIC) – עמותה אמריקאית חדשה 501(c)(3) למטרות ציבוריות, שהוקמה על ידי קייט אדמאלה והביולוג הסינתטי מסטנפורד דרו אנדי .

מטרת Biotic היא לקדם טכנולוגיות ביולוגיות מתעוררות על בסיס רב-צדדי ופתוח. אוניברסיטת מינסוטה מחזיקה בפטנט על ספודסל, אך העניקה רישיון בלעדי ל-Biotic, שבנויה לשמור על הטכנולוגיה הבסיסית זמינה בחינם לחוקרים ברחבי העולם – בדומה לגישת פרויקט הגנום האנושי . ביוגרפיה של דרו אנדי מ-Caltech מאשרת שהוא "ייסד לאחרונה את BIOTIC כעמותה חדשה לקידום טכנולוגיות ביולוגיות מתעוררות על בסיס רב-צדדי" .

למה זה חשוב

ספודסל מייצג צעד דרמטי לעבר המטרה ארוכת השנים של בניית תא חי מאפס. הוא מספק פלטפורמה מינימלית לחקר הדרישות הבסיסיות של החיים, ויכול בעתיד לאפשר יישומים ברפואה, ייצור ביולוגי וייצור כימי. כפי שאדמאלה אמרה ל-Star Tribune, המניע הוא "להעביר את הכלכלה לכלכלה ביולוגית" על ידי ייצור כימיקלים ללא נפט .

אך לעת עתה, ספודסל הוא הוכחת היתכנות – צבר שברירי וקצר-חיים של מולקולות המחקה את החיים בצורה הקרובה ביותר שנבנתה אי פעם, אך אינו חי עדיין לפי כל הגדרה מקובלת.