SpudCell: Перша синтетична клітина, зібрана з нуля, яка харчується, росте та ділиться

SpudCell радикально простіший за будь-яку природну клітину. Типова бактерія, як-от E. coli, містить мільйони або мільярди молекул; SpudCell містить лише 150–200 молекул загалом . Його геном складається з семи петель дизайнерської ДНК, які кодують інструкції для росту та розмноження . (У попередній роботі тієї ж групи описано частковий синтетичний геном розміром понад 200 т.п.н. із понад 150 генами .)

SpudCell покладається на систему PURE (Protein synthesis Using Recombinant Elements) — мінімальний, відновлений in vitro апарат транскрипції-трансляції. Він не має власного метаболізму та повністю залежить від цього спеціально створеного молекулярного середовища для виконання своєї генетичної програми .

Як він харчується

Мембрана клітини містить трансмембранні пори, створені на основі бактеріального білка альфа-гемолізину, які дозволяють нуклеотидам і дрібним поживним молекулам потрапляти всередину . Ці пори можна відкривати або закривати за допомогою хімічного індуктора, що дає команді контрольоване годування .

Як він ділиться

Поділ відбувається завдяки залученню мембранно-локалізованого білка FtsZ (гомолога бактеріального тубуліну) до ліпідного бішару. Коли накопичується достатня кількість FtsZ, він формує скоротливе кільце, яке перетягує мембрану всередину, доки клітина не розділиться на дві. Система використовує світлочутливий або хімічно індукований білковий якір для контролю, де і коли збирається FtsZ, забезпечуючи зовнішній контроль над часом поділу .

Головні обмеження: не зовсім живе

Незважаючи на прорив, SpudCell далекий від самодостатнього живого організму. Дослідники відверто визнають його недоліки:

• Неефективний поділ: Поділ описують як «незграбний». Лише частина SpudCells успішно завершує поділ; багато з них зупиняються на стадії перетяжки або лізуються .
• Погане утримання геному: Дочірні клітини часто успадковують неповну копію геному або взагалі не отримують її. Команда оцінює утримання геному значно нижче 50% за один поділ, тобто багато «нащадків» не можуть продовжити цикл .
• Деградація рибосом: Рибосоми системи PURE деградують протягом клітинного циклу. Після 3–4 поколінь синтез білка зупиняється, і лінія клітин руйнується. Це обмежує лінію SpudCell приблизно 5 поколіннями (близько 2–3 днів), після чого її потрібно замінювати .
• Відсутність дарвінівської еволюції: SpudCell виконує запрограмовану реплікацію, але не може мутувати, конкурувати або еволюціонувати автономно. Кожен цикл — це детерміністичне виконання зовнішньої програми, а не відкрита еволюція .

Як сказала Адамала CNN, SpudCell — це «дуже крихкий організм, який існує переважно для того, щоб споживати й іноді виробляти дочку» .

Статус рецензування

Дослідження на рецензії в науковому журналі, але ще не пройшло експертної оцінки. Команда опублікувала 190-сторінковий препринт своєї роботи в інтернеті. The New York Times, посилаючись на дослідників, підтвердила, що рукопис проходить рецензування . Конкретний журнал не розголошується.

Biotic: відкрите майбутнє для синтетичних клітин

Разом із оголошенням про SpudCell дослідники представили Biotic (BIOTIC) — нову американську неприбуткову організацію 501(c)(3) (public-benefit charity), співзасновану Кейт Адамалою та синтетичним біологом зі Стенфорду Дрю Енді .

Місія Biotic — розвивати нові біотехнології на багатосторонній основі з відкритим кодом. Університет Міннесоти володіє патентом на SpudCell, але ексклюзивно ліцензував його Biotic, який створений, щоб зробити фундаментальну технологію вільно доступною для дослідників у всьому світі, наслідуючи підхід Проєкту «Геном людини» . Біографія Дрю Енді з Калтеху підтверджує, що він «нещодавно співзаснував BIOTIC як нову благодійну організацію для розвитку нових біотехнологій на багатосторонній основі» .

Чому це важливо

SpudCell є значним кроком до давньої мети — побудови живої клітини з нуля. Він забезпечує мінімальну платформу для вивчення фундаментальних вимог життя і може з часом дозволити застосування в медицині, біовиробництві та хімічному виробництві. Як сказала Адамала виданню Star Tribune, мотивація полягає в тому, щоб «перемкнути економіку на біоекономіку», виробляючи хімікати без нафтохімії .

Але поки що SpudCell — це доказ концепції: крихке, недовговічне зібрання молекул, яке імітує життя більше, ніж будь-що створене раніше, але ще не є живим за жодним стандартним визначенням.