Το όνομά του είναι SpudCell, και μοιάζει με κάτι ανάμεσα σε πείραμα και πρόβα τζενεράλε για τη δημιουργία ζωής στο εργαστήριο. Αναμφισβήτητα όμως είναι ένα από τα πιο προχωρημένα παραδείγματα συνθετικής βιολογίας που δεν προσπαθεί απλώς να «πειράξει» τη ζωή, αλλά να την ανακατασκευάσει από βασικά χημικά εξαρτήματα.
Το SpudCell παρουσιάστηκε ως το πρώτο συνθετικό κυτταρικό σύστημα που κατασκευάστηκε από μη ζωντανά συστατικά και κατάφερε να ολοκληρώσει έναν πλήρη κυτταρικό κύκλο.
Για τους δημιουργούς του στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση της ζωής όχι ως “μαύρο κουτί”, αλλά ως σύνολο μηχανισμών που μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και να ξαναχτιστούν.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ
Αυτή η σημαντική ανακάλυψη στη συνθετική βιολογία θα μπορούσε να εγκαινιάσει μια εποχή οργανισμών που κατασκευάζονται κατά παραγγελία και λειτουργούν σαν ζωντανές μηχανές.
Η Κέιτ Ανταμάλα, συνθετική βιολόγος και καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, και η ομάδα της κατασκεύασαν το κύτταρο κομμάτι-κομμάτι από μη ζωντανά χημικά συστατικά. Η δημιουργία είναι ένα περιορισμένο και εύθραυστο πρωτότυπο, αλλά θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την προέλευση της ζωής και θα μπορούσε ενδεχομένως να προγραμματιστεί για να βοηθήσει στην άμβλυνση ορισμένων από τα μεγαλύτερα βιολογικά προβλήματα στον κόσμο. Το κύτταρο είναι μη ειδικό, ούτε φυτικό ούτε ζωικό, αλλά μοιάζει περισσότερο με ένα απλό βακτήριο.
Η βασική ιδέα πίσω από το SpudCell είναι σχεδόν αντίστροφη από τις περισσότερες προηγούμενες προσπάθειες στη συνθετική βιολογία. Αντί να ξεκινήσουν από ένα ήδη υπάρχον βακτήριο και να αφαιρέσουν γονίδια μέχρι να μείνει το ελάχιστο δυνατό σύστημα, οι ερευνητές ξεκίνησαν από το μηδέν.
Χρησιμοποίησαν λιπιδικές μεμβράνες που σχηματίζουν αυτόματα κυτταροειδείς φυσαλίδες και ένα περιορισμένο αλλά λειτουργικό σύνολο γενετικού υλικού που αποτελείται από μόλις 36 γονίδια. Αυτά τα γονίδια προέρχονται κυρίως από το βακτήριο E. coli, με προσθήκες από βακτηριοφάγους ιούς και ένα γονίδιο φθορίζουσας πρωτεΐνης ώστε τα κύτταρα να μπορούν να παρατηρούνται.
Το αποτέλεσμα δεν είναι ένα πλήρως ανεξάρτητο κύτταρο, αλλά ένα υβρίδιο βιολογίας και μηχανικής.
Αποτελούμενο από 150 έως 200 μόρια, το SpudCell τρέφεται, αναπτύσσεται και αναπαράγεται για περίπου πέντε γενιές, σύμφωνα με την Adamala. Είναι πολύ λιγότερο πολύπλοκο από ένα βιολογικό κύτταρο που περιέχει εκατομμύρια, αν όχι δισεκατομμύρια, μόρια.
Το SpudCell μπορεί να αντιγράφει το DNA του και να εκτελεί μια πρωτόγονη μορφή κυτταρικής διαίρεσης, όμως δεν διαθέτει πλήρη μεταβολισμό ούτε την ικανότητα να παράγει μόνο του τα βασικά «εργοστάσια» της ζωής, όπως τα ριβοσώματα. Γι’ αυτό χρειάζεται συνεχή εξωτερική υποστήριξη. Στο εργαστήριο, οι ερευνητές το τροφοδοτούν με μικροσκοπικές φυσαλίδες που μεταφέρουν ένζυμα, δομικά στοιχεία και ενεργειακά μόρια, επιτρέποντάς του να συνεχίζει να λειτουργεί.
Η αρχιτεκτονική του συστήματος είναι επίσης ασυνήθιστη. Δύο από τα γονίδια κωδικοποιούν πρωτεΐνες που σχηματίζουν πόρους στη μεμβράνη, επιτρέποντας τη διέλευση μικρών μορίων, ενώ μεγαλύτερα μόρια εισέρχονται μέσω συγχώνευσης λιποσωμάτων.
Με αυτόν τον τρόπο, το «κύτταρο» δεν είναι αυτάρκες, αλλά εξαρτάται από ένα ελεγχόμενο περιβάλλον που του παρέχει ό,τι χρειάζεται για να λειτουργεί.
Η διαίρεση του κυττάρου δεν συμβαίνει με τον τρόπο που θα συνέβαινε σε ένα φυσικό βακτήριο. Οι ερευνητές προσθέτουν μεγάλες πρωτεΐνες που συνδέονται με μεμβρανικούς πόρους και δημιουργούν μηχανική πίεση στο λιπιδικό περίβλημα. Αυτό προκαλεί παραμόρφωση της μεμβράνης και τελικά εκβλάστηση, δηλαδή απόσπαση ενός τμήματος που γίνεται νέο “θυγατρικό” κύτταρο.
Ωστόσο, αυτή η διαίρεση δεν είναι συμμετρική και τα θυγατρικά κύτταρα αποκτούν τυχαία κατανομή του γενετικού υλικού, πράγμα που σημαίνει ότι πολλά από αυτά δεν διαθέτουν όλα τα απαραίτητα γονίδια για να συνεχίσουν τον κύκλο.
Παρά την ατέλειά του, το σύστημα καταφέρνει κάτι που μέχρι τώρα δεν είχε επιτευχθεί σε τέτοια μορφή: έναν πλήρη αλλά περιορισμένο κυτταρικό κύκλο από μη ζωντανά συστατικά.
Ωστόσο, η σταθερότητα του είναι χαμηλή. Μετά από περίπου πέντε διαδοχικές διαιρέσεις, η λειτουργία του καταρρέει. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ένας βασικός λόγος είναι η αποτυχία διατήρησης των ριβοσωμάτων και της πρωτεϊνοσύνθεσης. Χωρίς αυτά, το σύστημα εξαντλείται.
Η υπόθεση είναι ότι αν καταφέρουν να ενσωματώσουν ικανότητα παραγωγής ριβοσωμάτων, το SpudCell θα μπορούσε θεωρητικά να αποκτήσει απεριόριστη ικανότητα διαίρεσης.
Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα στοιχεία του πρότζεκτ είναι ότι βασίζεται σε μόλις 36 γονίδια, οργανωμένα σε 7 κυκλικά τμήματα DNA. Η επιλογή αυτής της κατακερματισμένης δομής έγινε επειδή τα πολύ μεγάλα τεχνητά γονιδιώματα είναι δύσκολο να κατασκευαστούν και να σταθεροποιηθούν. Το μειονέκτημα είναι ότι η γενετική πληροφορία δεν μεταφέρεται πάντα πλήρως στα θυγατρικά κύτταρα, οδηγώντας σε λειτουργική αστάθεια.
Η Adamala περιγράφει το SpudCell ως «έναν απίστευτα αδέξιο οργανισμό που αυτή τη στιγμή ουσιαστικά δεν κάνει τίποτα άλλο από το να τρώει και περιστασιακά να παράγει ένα θυγατρικό κύτταρο». Κάθε γενιά απαιτεί σίτιση και χρειάζεται περίπου 12 ώρες για να αναπαραχθεί σε θερμοκρασία 30 βαθμών Κελσίου. Συγκριτικά, το κολοβακτηρίδιο E. coli διαιρείται κάθε 30 λεπτά.
Πέρα από την τεχνική διάσταση, το SpudCell έχει και έναν πιο στρατηγικό σκοπό. Η ομάδα της Adamala βλέπει τα συνθετικά κύτταρα ως πλατφόρμες βιοπαραγωγής, ικανές να παράγουν χημικές ουσίες που τα φυσικά κύτταρα δεν αντέχουν. Στόχος είναι η δημιουργία βιολογικών συστημάτων που θα μπορούσαν στο μέλλον να παράγουν υλικά όπως πλαστικά, καύσιμα ή άλλες βιομηχανικές ενώσεις, μειώνοντας την εξάρτηση από το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο.
Παρά τις εντυπωσιακές δυνατότητές του, το SpudCell δεν είναι ζωντανό με την αυστηρή βιολογική έννοια. Δεν μπορεί να επιβιώσει χωρίς συνεχή ανθρώπινη υποστήριξη, δεν εξελίσσεται αυθόρμητα μέσω φυσικής επιλογής και δεν μπορεί να διατηρήσει απεριόριστο κύκλο ζωής.
Οι ίδιοι οι ερευνητές το περιγράφουν ως ένα σύστημα που μπορεί να “συμπεριφέρεται σαν ζωντανό”, αλλά μόνο μέσα σε ένα αυστηρά ελεγχόμενο περιβάλλον.
Και όμως, ακριβώς αυτή η ενδιάμεση κατάσταση είναι που το κάνει σημαντικό. Το SpudCell δεν είναι ούτε απλό βιοχημικό πείραμα ούτε πλήρης οργανισμός. Είναι μια πρώτη απόπειρα να μετατραπεί η ζωή σε μηχανική διαδικασία που μπορεί να σχεδιαστεί από την αρχή. Και όσο πλησιάζει κανείς αυτό το όριο, τόσο πιο θολή γίνεται η γραμμή ανάμεσα στο φυσικό και το κατασκευασμένο.
