SpudCell je prva sintetička ćelija koja je kompletirala celokupan ćelijski ciklus – ishranu, rast, deobu i prenos genetskog materijala na sledeću generaciju.
Ćelija je napravljena od neživih hemikalija, najviše podseća na jednostavnu bakteriju i potpuno je definisana, što omogućava njeno inženjersko prilagođavanje.
Naučnici kažu da su napravili korak bliže stvaranju života "od nule" nakon što su stvorili sintetičku ćeliju koja koristi laboratorijski sintetisanu DNK za ishranu, rast i razmnožavanje, ili razmnožavanje deljenjem, u laboratorijskoj posudi. Istraživači kažu da su prvi put napravili ćeliju od nule koja može da se hrani, raste i replicira kao prirodna ćelija. Nazvali su sintetičku ćeliju - laboratorijski stvorenu biološku ćeliju napravljenu u potpunosti od neživih hemikalija - "SpadSel".
Ovaj proboj u sintetičkoj biologiji mogao bi da uvede eru organizama napravljenih po meri koji funkcionišu poput živih mašina, prema CNN-u. "SpadSel" je prvi sintetički sistem koji je postigao kompletan ćelijski ciklus ishrane, rasta i razmnožavanja, prema radu objavljenom u sredu, ali koji još nije recenziran, ističe Financial Times.
Iako je stvorena u laboratoriji od beživotnih hemikalija, ova sintetička ćelija može da obavlja većinu istih funkcija kao i žive ćelije - hrani se, raste i razmnožava se, prenoseći svoj genetski materijal na naredne generacije.
Sintetičke ćelije su napravljene od hemijskih jedinjenja i veruje se da su prve koje demonstriraju kompletan ćelijski ciklus koji uključuje rast, replikaciju genetskog materijala i deobu kako bi se proizvela nova generacija ćelija. Sintetičke ćelije pomažu istraživačima da u potpunosti razumeju osnovne funkcije žive ćelije – šta jeste, a šta nije neophodno za život.
Napredak u razumevanju veza i mehanizama života mogao bi, zauzvrat, pomoći medicinskim istraživanjima, istraživanju svemira i mnogim drugim oblastima proučavanja. Studija otvara mogućnost razvoja veštačkih organizama koji bi mogli biti dizajnirani i konstruisani za proizvodnju lekova, hrane, goriva i drugih korisnih materijala. Istovremeno, mogla bi pomoći u rasvetljavanju jednog od najdubljih naučnih pitanja – kako određeni sklopovi nežive materije prelaze prag i postaju živi sistemi, kako piše Gardijan.
Vodeća istraživačica Kejt Adamala, sintetički biolog sa Univerziteta u Minesoti, i njen univerzitetski istraživački tim konstruisali su ćeliju deo po deo od neživih hemijskih komponenti. Rezultat je ograničen i krhak prototip sintetičke ćelije, ali onaj koji bi mogao pomoći naučnicima da bolje razumeju poreklo života i potencijalno biti "programiran" da pomogne u rešavanju ili ublažavanju nekih od najvećih svetskih bioloških problema.
"Živa? Ne. Ali možda jeste"
Ćelija je nespecifična - ni biljna ni životinjska - ali najviše podseća na jednostavnu bakteriju.
- Znam celu listu sastojaka ćelije, tačno znam koje hemikalije, koji molekuli, u kojim koncentracijama - rekla je Adamala.
- Potpuno je definisana, što znači da je možemo inženjerisati - dodala je.
Naučnici decenijama bioinženjeriraju prirodne ćelije kako bi rešili neke od problema čovečanstva. Poznati primer je kako se geni ljudskog insulina mogu umetnuti u ćelije bakterije E. coli da bi se proizvodio insulin i lečio dijabetes. Naučnici kažu da su sintetičke ćelije sledeća granica – što potencijalno može dovesti do razvoja novih tretmana raka i novih načina za "hvatanje" ugljenika (hvatanje i skladištenje ugljenika je klimatska tehnologija dizajnirana da presretne emisije ugljen-dioksida koje proizvode industrijski procesi ili elektrane pre nego što uđu u atmosferu, napomena) ili proizvodnju hemikalija.
Kako piše "Njujork tajms", "Spadsel" nije prva sintetička ćelija ikada stvorena, ali je prva koja je završila puni životni ciklus - od "rođenja" do deobe na ćelije sledeće generacije. To je pojednostavljena verzija strukture žive ćelije koja otkriva fundamentalne genetske i strukturne komponente neophodne za funkcije života.
Na pitanje da li je ćelija živa u pravom smislu te reči, "Njujork tajms" piše da nije, ali da bi mogla biti. Naime, iako istraživači koji stoje iza "SpadSela" ne tvrde da su stvorili život, oni napominju da "ne postoji jedinstvena, dogovorena definicija" života i da njihov sistem sličan ćelijama deluje slično živim ćelijama. "SpadSel" obavlja ponašanja koja se često koriste za razlikovanje živih ćelija od inertnih - hrani se, raste, replicira svoj genom, deli se i podvrgava se selekciji - ali je daleko jednostavnija od bilo koje prirodne ćelije i sastavljena je, deo po deo, ručno", naveli su istraživači projekta u saopštenju.
Metod "odozdo nagore"
Genom "SpadSel" je takođe manji od većine živih ćelija. Sadrži samo 90.000 baznih parova, u poređenju sa 3 milijarde kod ljudi, a ta genetska informacija je podeljena na sedam molekula DNK, umesto da je konsolidovana u jedan. Ova fragmentacija znači da se važan genetski materijal ne prenosi uvek u celosti na sledeću generaciju.
- Naš sistem nije toliko robustan, brz ili efikasan u većini svojih funkcija kao prirodna ćelija, ali predstavlja dokaz koncepta da molekuli mogu ponovo uspostaviti ponašanja koja smo ranije povezivali isključivo sa prirodnim živim ćelijama. Ako želimo da budemo u mogućnosti da inženjerišemo biologiju, moramo u potpunosti razumeti njen plan, svaku njenu komponentu, kako bismo tačno znali šta menjamo - dodao je Adamala.
Naučnici decenijama pokušavaju da stvore sintetički život. Godine 2010, pokojni pionir genetike Krejg Venter je projektovao organizam zasnovan na bakteriji koja izaziva mastitis kod koza. Druge istraživačke grupe su od tada postigle sličan uspeh. Ali umesto reinženjeringa prirodnih ćelija, Adamalin tim je izgradio "SpadSel" odozdo nagore, tako da je svaki njihov deo bio poznat i potpuno shvaćen. Počeli su sa sitnim sferama ispunjenim vodom poznatim kao lipozomi, prečnika samo nekoliko hiljaditih delova milimetra, kojima je dodata mala količina sintetičke DNK kako bi se obezbedile osnovne ćelijske funkcije.
Adamala svoje kreacije naziva "SpadSel" kao omaž Sputnjiku i početku svemirskog doba, ali i iz ličnog razloga.
- Ja sam Poljakinja - rekla je. - Uglavnom sam napravljena od krompira.
Spadćelije mogu da funkcionišu samo u tečnom medijumu bogatom ključnim hemikalijama, kao što je ATP (adenozin trifosfat), glavni molekul za prenos energije koji žive ćelije sintetišu iz hranljivih materija. Da bi rasle, Spadćelije se vezuju za sitne "nutritivne" lipozome prisutne u medijumu. Oni sadrže molekule, enzime i mikroskopske strukture poznate kao ribozomi, koji su Spadćelijama potrebni za sintezu proteina. Genom Spadćelije takođe sadrži uputstva za replikaciju sopstvenog genoma i za deobu ćelija.
Daleko od mogućnosti prirodnih ćelija
Da bi oponašali evolucioni princip preživljavanja najsposobnijih, istraživači su pokazali da se "SpadSels" sa genetskom prednošću u rastu postepeno šire kroz populaciju i nadmašuju originalne "SpadSels". "SpadSels", kako Adamala ističe, još uvek nisu živi organizmi, ali bi mogle postati neka vrsta platforme na kojoj će se u budućnosti graditi veštački život. Za Adamalu, ovaj rad predstavlja dokaz koncepta da sintetičke ćelije mogu da se ponašaju slično kao žive ćelije.
Ali za razliku od većine prirodnih ćelija, "SpadSel" nije samodovoljan. Pošto ne može da izgradi sopstvene ribozome - delove ćelije odgovorne za izgradnju novih proteina - naučnici moraju da ga hrane ključnim proteinima i enzimima, a svaka „porodična linija“ originalne sintetičke ćelije traje veoma kratko. Njihove mogućnosti su stoga i dalje daleko ispod mogućnosti prirodnih ćelija. One su potpuno zavisne od supstanci i ćelijskih komponenti prisutnih u tečnom medijumu u kome se nalaze. Ne mogu da izgrade sopstveni aparat za sintezu proteina, da regulišu sopstveni metabolizam ili da uklanjaju otpadne proizvode. Pored toga, tokom deobe često prenose pogrešnu količinu DNK na ćerke ćelije, zbog čega prestaju da funkcionišu nakon samo nekoliko generacija.
Ovaj novi način izgradnje sintetičkih ćelija sa sobom donosi stalnu zabrinutost oko etike i bezbednosti ovih i sličnih tvorevina. Stručnjaci za biološku bezbednost sugerišu da SpadSel i slični projekti veštačkih ćelija ne predstavljaju neposrednu pretnju. "Trenutni "SpadSel" je uzbudljiv dokaz principa, ali biće potrebno još mnogo rada pre nego što se može koristiti za dobro ili loše", rekla je Beki Makelprang, direktorka programa bezbednosti u Konzorcijumu za istraživanje inženjerske biologije.
