Komórki z całkowicie sztuczną syntezą Genom zostały zgłoszone po raz pierwszy w 2010 roku, z czego minimalistyczny Genom komórka została wyprowadzona z tego wykazał nieprawidłową morfologię po podziale komórek. Niedawne dodanie grupy genów do tej minimalistycznej komórki przywróciło prawidłowy podział komórek
Komórki są podstawowymi strukturalnymi i funkcjonalnymi jednostkami życia, zgodnie z teorią zaproponowaną przez Schleidena i Schwanna w 1839 roku. Od tego czasu naukowcy są zainteresowani zrozumieniem funkcji komórek, próbując w pełni rozszyfrować kod genetyczny, aby zrozumieć, jak komórka rośnie i dzieli się do dają początek większej liczbie komórek podobnego rodzaju. Z nadejściem DNA sekwencjonowania, możliwe było odszyfrowanie sekwencji Genom podejmując w ten sposób próbę zrozumienia procesów komórkowych, aby zrozumieć podstawy życia. W roku 1984 Morowitz zaproponował najprostsze badanie mykoplazm komórki zdolny do autonomicznego wzrostu, do zrozumienia podstawowych zasad życia.
Od tego czasu podjęto kilka prób ograniczenia Genom rozmiar do minimalistycznej liczby, w wyniku czego powstaje komórka zdolna do wykonywania wszystkich podstawowych funkcji komórkowych. Doświadczenia doprowadziły najpierw do syntezy chemicznej mycoides Mycoplasma Genom 1079 Kb w roku 2010 i został nazwany JCVI-syn1.0. Dalsze delecje dokonane w JCVI-syn1.0 przez Hutchinsona III i in. (1) dał początek JCVI-syn3.0 w 2016 roku, który miał Genom wielkość 531 Kb z 473 genami i czas podwojenia wynoszący 180 minut, aczkolwiek ma nieprawidłową morfologię po podziale komórki. Nadal posiadał 149 genów o nieznanych funkcjach biologicznych, co sugeruje obecność wciąż nieodkrytych pierwiastków niezbędnych do życia. Jednakże JCVI-syn3.0 zapewnia platformę do badania i zrozumienia funkcji życiowych poprzez zastosowanie zasad całościowegoGenom projekt.
Niedawno, 29 marca 2021 r., Pelletier i współpracownicy (2) wykorzystali JCVI syn3.0 do zrozumienia genów niezbędnych do podziału i morfologii komórek, wprowadzając 19 genów do Genom JCVI syn3.0, dając początek JCVI syn3.0A, który ma morfologię podobną do JCVI syn1.0. po podziale komórki. 7 z tych 19 genów obejmuje dwa znane geny podziału komórkowego i 4 geny kodujące białka związane z błoną o nieznanej funkcji, które razem przywróciły fenotyp podobny do JCVI-syn1.0. Wynik ten sugeruje poligeniczny charakter podziału i morfologii komórek w komórce o minimalnym genomie.
Biorąc pod uwagę fakt, że JCVI syn3.0 jest w stanie przetrwać i rozmnażać się w oparciu o jego minimalistyczny Genommożna go wykorzystać jako organizm modelowy do tworzenia różnych typów komórek mających różne funkcje, które mogą być korzystne dla ludzi i środowiska. Można na przykład wprowadzić geny powodujące rozpuszczanie tworzyw sztucznych, dzięki czemu powstały nowy organizm będzie można wykorzystać do biologicznej degradacji tworzyw sztucznych. Podobnie można rozważyć dodanie genów związanych z fotosyntezą do JCVI syn3.0, co umożliwi wykorzystanie dwutlenku węgla z atmosfery, zmniejszając w ten sposób jego poziom i pomagając w ograniczeniu globalnego ocieplenia, głównego problemu klimatycznego, przed którym stoi ludzkość. Jednakże takie eksperymenty należy traktować z najwyższą ostrożnością, aby mieć pewność, że nie wypuścimy do środowiska superorganizmu, który po uwolnieniu będzie trudny do kontrolowania.
Niemniej jednak pomysł posiadania komórki o minimalistycznym genomie i manipulacji biologicznych może prowadzić do stworzenia różnorodnych typów komórek o różnorodnych funkcjach, zdolnych do rozwiązania głównych problemów stojących przed ludzkością i zapewnienia jej ostatecznego przetrwania. Istnieje jednak różnica pomiędzy stworzeniem w pełni syntetycznej komórki a stworzeniem funkcjonalnie syntetycznej komórki Genom. Idealna, całkowicie syntetyczna sztuczna komórka składałaby się z syntetyzowanej komórki Genom wraz ze zsyntetyzowanymi składnikami cytoplazmatycznymi, co naukowcy chcieliby osiągnąć wcześniej niż później w nadchodzących latach, gdy postęp technologiczny osiągnie swój szczyt.
Niedawny rozwój może być krokiem w kierunku stworzenia w pełni syntetycznej komórki, zdolnej do wzrostu i podziału.
***
Referencje:
- Hutchison III C, Chuang R. i in. 2016. Projekt i synteza minimalnej bakterii Genom. Science 25 Marzec 2016: Cz. 351, wydanie 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L. i wsp. 2021. Wymagania genetyczne dotyczące podziału komórki w komórce minimalnej genomowo. Komórka. Opublikowano: 29 marca 2021 r. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
