SpudCell: la prima cellula sintetica costruita dal nulla che si nutre, cresce e si divide

Guidati dai professori associati Kate Adamala e Aaron Engelhart del College of Biological Sciences, il team ha costruito SpudCell dal basso verso l'alto, pezzo per pezzo chimico. Questa caratteristica la distingue dai lavori precedenti, come la "cellula minima" del J. Craig Venter Institute del 2016, che era stata creata trapiantando un genoma sintetico in una cellula naturale già esistente, non assemblandola da zero .

Non si tratta ancora della creazione della vita sintetica, ma è l'approssimazione più completa mai realizzata a partire da ingredienti non viventi. Ecco cosa ha ottenuto il team, come funziona, quali sono i suoi limiti e cosa significa la nuova organizzazione no-profit Biotic per il settore.

Specifiche chiave: di cosa è fatta SpudCell

SpudCell è radicalmente più semplice di qualsiasi cellula naturale. Un tipico batterio come E. coli contiene milioni o miliardi di molecole; SpudCell ne contiene solo da 150 a 200 in totale . Il suo genoma consiste in sette anelli di DNA sintetico che codificano le istruzioni per la crescita e la riproduzione . (Un lavoro precedente dello stesso gruppo descrive un genoma sintetico parziale di oltre 200 kb con più di 150 geni ).

SpudCell si basa sul sistema PURE (Protein synthesis Using Recombinant Elements), un macchinario minimo di trascrizione-traduzione in vitro ricostituito. Non ha un metabolismo proprio e dipende completamente da questo ambiente molecolare su misura per esprimere il suo programma genetico .

Come si nutre

La membrana cellulare incorpora pori transmembrana basati sulla proteina batterica alfa-emolisina, che permettono l'ingresso di nucleotidi e piccole molecole nutritive nella cellula . I pori possono essere aperti o chiusi aggiungendo un induttore chimico, dando al team un controllo sull'alimentazione .

Come si divide

La divisione è guidata dal reclutamento della proteina FtsZ (l'omologo batterico della tubulina) sulla membrana lipidica. Quando si accumula abbastanza FtsZ, forma un anello contrattile che restringe la membrana fino a dividere la cellula in due. Il sistema utilizza un ancoraggio proteico foto-sensibile o chimicamente inducibile per controllare quando e dove FtsZ si assembla, fornendo un controllo esterno sui tempi di divisione .

I principali limiti: non proprio viva

Nonostante il successo, SpudCell è lontana dall'essere un organismo vivente autosufficiente. I ricercatori sono franchi sulle sue mancanze:

• Divisione inefficiente: La divisione è descritta come "goffa". Solo una frazione di SpudCell completa con successo la scissione; molte smettono di restringersi o si lisano .
• Scarsa ritenzione del genoma: Le cellule figlie spesso ereditano una copia incompleta o assente del genoma. Il team stima che la ritenzione del genoma sia ben al di sotto del 50% per divisione, il che significa che molti "discendenti" non possono continuare il ciclo .
• Degrado dei ribosomi: I ribosomi del sistema PURE si degradano durante il ciclo cellulare. Dopo 3-4 generazioni, la sintesi proteica si blocca e la linea cellulare collassa. Questo limita la discendenza di SpudCell a circa 5 generazioni (circa 2-3 giorni) prima di dover essere sostituita .
• Nessuna evoluzione Darwiniana: SpudCell esegue una replicazione programmata ma non può mutare, competere o evolversi autonomamente. Ogni ciclo è un'esecuzione deterministica del programma fornito esternamente, non un'evoluzione a libro aperto .

Come ha detto Adamala alla CNN, SpudCell è "un organismo molto fragile che esiste principalmente per consumare e occasionalmente produrre una figlia" .

Stato della revisione paritaria

La ricerca è in fase di revisione presso una rivista scientifica, ma non ha ancora completato il processo. Il team ha pubblicato un preprint di 190 pagine del loro lavoro online. Il New York Times, citando i ricercatori, ha confermato che il manoscritto è in fase di revisione . La rivista specifica non è stata rivelata.

Biotic: un futuro open-source per le cellule sintetiche

Insieme all'annuncio di SpudCell, i ricercatori hanno rivelato Biotic (BIOTIC) , un ente di beneficenza statunitense 501(c)(3) di nuova costituzione, co-fondato da Kate Adamala e dal biologo sintetico di Stanford Drew Endy .

La missione di Biotic è promuovere le biotecnologie emergenti su base multilaterale e open-source. L'Università del Minnesota detiene il brevetto su SpudCell, ma lo ha concesso in licenza esclusiva a Biotic, che è strutturata per mantenere la tecnologia fondamentale liberamente disponibile ai ricercatori di tutto il mondo, seguendo l'esempio del Progetto Genoma Umano . La biografia di Drew Endy del Caltech conferma che "ha recentemente co-fondato BIOTIC come nuova organizzazione di beneficenza per promuovere le biotecnologie emergenti su base multilaterale" .

Perché è importante

SpudCell rappresenta un passo importante verso l'obiettivo di costruire una cellula vivente da zero. Fornisce una piattaforma minima per studiare i requisiti fondamentali della vita e potrebbe in futuro consentire applicazioni in medicina, bioraffinazione e produzione chimica. Come ha detto Adamala allo Star Tribune, la motivazione è "passare a un'economia basata sulla biologia" producendo sostanze chimiche senza petrolchimici .

Ma per ora, SpudCell è una prova di principio: un fragile assemblaggio di molecole di breve durata che imita la vita più fedelmente di qualsiasi altra cosa costruita prima, ma che non è ancora viva secondo nessuna definizione standard.