SpudCell: Kejayaan Mencipta Sel Sintetik Dari Bahan Kimia Mati

Dipimpin oleh Profesor Madya Kate Adamala dan Aaron Engelhart dari Kolej Sains Biologi, pasukan ini membina SpudCell dari bawah ke atas, sekeping demi sekeping komponen kimia. Ini membezakan SpudCell daripada kerja sebelumnya seperti 'sel minimal' Institut J. Craig Venter pada 2016, yang dicipta dengan memindahkan genom sintetik ke dalam sel semula jadi, bukannya dipasang dari awal .

Ini belum lagi penciptaan hidupan sintetik, tetapi ia adalah penghampiran paling lengkap yang pernah dibina daripada bahan bukan hidup. Berikut adalah apa yang pasukan ini capai, bagaimana ia berfungsi, kelemahannya, dan maksud penubuhan pertubuhan bukan untung baharu Biotic.

Spesifikasi Utama: Dari Apa SpudCell Dibuat

SpudCell jauh lebih ringkas berbanding mana-mana sel semula jadi. Bakteria tipikal seperti E. coli mengandungi berjuta-juta atau berbilion molekul; SpudCell hanya mempunyai 150 hingga 200 molekul kesemuanya . Genomnya terdiri daripada tujuh gelung DNA yang direka khas yang mengandungi arahan untuk pertumbuhan dan pembiakan . (Kerja pra-penerbitan awal oleh kumpulan yang sama menerangkan genom sintetik separa melebihi 200 kb dengan lebih 150 gen .)

SpudCell bergantung sepenuhnya pada sistem PURE (Protein synthesis Using Recombinant Elements) – jentera transkripsi-terjemahan in-vitro yang minimal dan dibina semula. Ia tidak mempunyai metabolisme semula jadi dan bergantung sepenuhnya pada persekitaran molekul khas ini untuk melaksanakan program genetiknya .

Cara Ia Makan

Membran sel SpudCell mengandungi liang transmembran berdasarkan protein bakteria alpha-hemolysin, yang membenarkan nukleotida dan molekul nutrien kecil mengalir masuk ke dalam sel . Liang-liang ini boleh dibuka atau ditutup dengan menambah inducer kimia, memberikan kawalan kepada pasukan penyelidik terhadap proses pemakanan .

Cara Ia Membahagi

Pembahagian didorong dengan merekrut protein FtsZ (homolog tubulin bakteria) ke lapisan lipid membran. Apabila cukup FtsZ terkumpul, ia membentuk gelang kontraktil yang mencubit membran ke dalam sehingga sel terbelah dua. Sistem ini menggunakan sauh protein yang sensitif cahaya atau boleh diinduksi secara kimia untuk mengawal bila dan di mana FtsZ berhimpun, memberikan kawalan luaran terhadap masa pembahagian .

Had Utama: Bukan Hidup Sepenuhnya

Walaupun ini satu kejayaan, SpudCell masih jauh daripada organisma hidup yang mandiri. Penyelidik bersikap terus terang tentang kelemahannya:

• Pembahagian tidak efisien: Pembahagian digambarkan sebagai 'kaku'. Hanya sebilangan kecil SpudCell berjaya melengkapkan pembahagian; kebanyakannya berhenti mengecut atau pecah (lysis) .
• Pengekalan genom yang lemah: Sel anak sering mewarisi salinan genom yang tidak lengkap atau langsung tidak ada. Pasukan menganggarkan kadar pengekalan genom jauh di bawah 50% setiap pembahagian, bermakna banyak 'anak' tidak dapat meneruskan kitaran .
• Degradasi ribosom: Ribosom dalam sistem PURE merosot sepanjang kitaran sel. Selepas 3–4 generasi, sintesis protein terhenti dan garisan sel runtuh. Ini menghadkan keturunan SpudCell kepada kira-kira 5 generasi (sekitar 2–3 hari) sebelum ia perlu diganti .
• Tiada evolusi Darwin: SpudCell menjalankan replikasi yang telah diprogramkan tetapi tidak boleh bermutasi, bersaing, atau berevolusi secara autonomi. Setiap kitaran adalah pelaksanaan deterministik program yang disediakan secara luaran – bukan evolusi terbuka .

Seperti yang dikatakan Adamala kepada CNN, SpudCell ialah "organisma yang sangat rapuh yang wujud terutamanya untuk makan dan kadang-kadang menghasilkan anak" .

Status Semakan Rakan Sebaya

Kajian ini sedang dalam semakan di sebuah jurnal saintifik tetapi belum melengkapkan semakan rakan sebaya. Pasukan telah memuat naik akaun pracetak setebal 190 halaman hasil kerja mereka dalam talian. The New York Times, memetik penyelidik, mengesahkan manuskrip sedang dalam semakan . Jurnal khusus belum didedahkan.

Biotic: Masa Depan Sumber Terbuka untuk Sel Sintetik

Bersama pengumuman SpudCell, penyelidik turut mendedahkan Biotic (BIOTIC) – sebuah pertubuhan amal 501(c)(3) baharu di Amerika Syarikat yang diasaskan bersama oleh Kate Adamala dan ahli biologi sintetik Stanford, Drew Endy .

Misi Biotic adalah untuk memajukan bioteknologi baru muncul secara pelbagai hala dan sumber terbuka. Universiti Minnesota memegang paten untuk SpudCell tetapi telah memberikan lesen eksklusif kepada Biotic, yang distrukturkan untuk memastikan teknologi asas ini kekal tersedia secara percuma kepada penyelidik di seluruh dunia – meniru pendekatan Projek Genome Manusia . Biografi Drew Endy dari Caltech mengesahkan beliau "baru-baru ini mengasaskan bersama BIOTIC sebagai pertubuhan amal baharu yang memajukan bioteknologi baru muncul secara pelbagai hala" .

Mengapa Ia Penting

SpudCell mewakili langkah dramatik ke arah matlamat lama untuk membina sel hidup dari awal. Ia menyediakan platform minimal untuk mengkaji keperluan asas kehidupan dan berpotensi membolehkan aplikasi dalam perubatan, pembuatan bio, dan pengeluaran kimia. Seperti yang dikatakan Adamala kepada Star Tribune, motivasinya adalah untuk "menukar ekonomi kepada bioekonomi" dengan membuat bahan kimia tanpa petrokimia .

Tetapi buat masa ini, SpudCell adalah bukti konsep – himpunan molekul yang rapuh, berumur pendek, yang meniru kehidupan lebih rapat berbanding apa-apa yang pernah dibina sebelum ini, tetapi belum lagi hidup mengikut mana-mana definisi standard.