SpudCell: Pierwsza syntetyczna komórka zbudowana od podstaw, która je, rośnie i dzieli się

Kluczowe parametry: Z czego zbudowany jest SpudCell

SpudCell jest radykalnie prostszy niż jakakolwiek naturalna komórka. Podczas gdy typowa bakteria, np. E. coli, zawiera miliony lub miliardy cząsteczek, SpudCell składa się zaledwie ze 150 do 200 cząsteczek . Jego genom to siedem pętli zaprojektowanego DNA, które kodują instrukcje wzrostu i reprodukcji . (Wcześniejsze prace tej samej grupy opisują cząstkowy syntetyczny genom o wielkości ponad 200 kb, zawierający ponad 150 genów .)

SpudCell opiera się na systemie PURE (Protein synthesis Using Recombinant Elements) – minimalnym, odtworzonym in vitro zestawie do transkrypcji i translacji. Komórka nie ma własnego metabolizmu i jest całkowicie zależna od tego sztucznego środowiska cząsteczkowego, aby uruchomić swój program genetyczny .

Jak się odżywia

Błona komórkowa SpudCella zawiera transbłonowe pory (białko alfa-hemolizyna), które umożliwiają przedostawanie się do wnętrza nukleotydów i innych małych cząsteczek odżywczych . Pory te można otwierać lub zamykać za pomocą chemicznego induktora, co daje naukowcom kontrolę nad karmieniem komórki .

Jak się dzieli

Proces podziału napędza białko FtsZ (bakteryjny homolog tubuliny), które gromadzi się na wewnętrznej stronie błony lipidowej. Gdy FtsZ osiągnie odpowiednie stężenie, tworzy pierścień kurczliwy, który wciska błonę do środka, aż komórka podzieli się na dwie. System wykorzystuje światłoczułe lub chemicznie indukowane białka kotwiczące, aby kontrolować czas i miejsce montażu FtsZ, co daje zewnętrzną kontrolę nad momentem podziału .

Główne ograniczenia: Jeszcze nie żyje

Mimo przełomu, SpudCell jest daleki od samowystarczalnego organizmu. Naukowcy są szczerzy co do jego niedoskonałości:

• Nieefektywny podział: Proces ten określa się jako „niezdarny”. Tylko część komórek pomyślnie przechodzi podział; wiele z nich zatrzymuje się w połowie lub ulega lizie .
• Niska retencja genomu: Komórki potomne często dziedziczą niekompletną kopię genomu lub nie dziedziczą go wcale. Zespół szacuje, że retencja spada znacznie poniżej 50% na podział, co oznacza, że wiele „potomków” nie może kontynuować cyklu .
• Degradacja rybosomów: Rybosomy systemu PURE ulegają degradacji w trakcie cyklu komórkowego. Po 3–4 pokoleniach synteza białek ustaje, a linia komórkowa zamiera. SpudCell może przetrwać maksymalnie około 5 pokoleń (2–3 dni), zanim trzeba go zastąpić nowym .
• Brak ewolucji darwinowskiej: SpudCell realizuje zaprogramowaną replikację, ale nie może mutować, konkurować ani ewoluować samodzielnie. Każdy cykl jest deterministycznym wykonaniem zewnętrznie dostarczonego programu – nie ma tu otwartej ewolucji .

Jak Adamala powiedziała CNN, SpudCell to „bardzo delikatny organizm, który istnieje głównie po to, by konsumować i od czasu do czasu wydać na świat potomstwo” .

Status recenzji naukowej

Badania są w trakcie recenzji w czasopiśmie naukowym, ale nie zostały jeszcze ostatecznie zaakceptowane. Zespół opublikował 190-stronicową preprintową wersję swojej pracy w internecie. Dziennik New York Times, powołując się na naukowców, potwierdził, że manuskrypt jest recenzowany . Nie ujawniono, do jakiego konkretnego czasopisma został złożony.

Biotic: Otwarte źródło dla syntetycznych komórek

Równocześnie z ogłoszeniem SpudCella naukowcy ujawnili powstanie Biotic (BIOTIC) – nowej amerykańskiej organizacji charytatywnej typu 501(c)(3), współzałożonej przez Kate Adamalę i biologa syntetycznego ze Stanforda, Drew Endy'ego .

Misją Biotic jest rozwijanie nowych biotechnologii na zasadach wielostronnego i otwartego dostępu. Uniwersytet Minnesoty posiada patent na SpudCella, ale udzielił Biotic wyłącznej licencji, a sama organizacja jest tak skonstruowana, aby podstawowa technologia pozostała swobodnie dostępna dla badaczy na całym świecie – na wzór projektu Human Genome Project . Biografia Drew Endy'ego z Caltech potwierdza, że „niedawno współzałożył BIOTIC jako nową organizację charytatywną na rzecz rozwijania nowych biotechnologii na wielostronnej podstawie” .

Dlaczego to jest ważne

SpudCell to ogromny krok w kierunku odwiecznego celu, jakim jest zbudowanie żywej komórki od podstaw. Stanowi minimalną platformę do badania fundamentalnych wymogów życia i może w przyszłości znaleźć zastosowania w medycynie, bioprodukcji i produkcji chemicznej. Jak Adamala powiedziała Star Tribune, motywacją jest „przejście na biogospodarkę” poprzez wytwarzanie chemikaliów bez użycia petrochemii .

Na razie jednak SpudCell jest tylko dowodem koncepcji – kruchym, krótkotrwałym zespołem cząsteczek, który naśladuje życie bliżej niż cokolwiek zbudowanego wcześniej, ale według żadnej standardowej definicji nie jest jeszcze żywy.