Istraživači tvrde da su tako prvi put od nule izgradili ćeliju koja može da se hrani, raste i replicira poput prirodne ćelije. Ovu sintetičku ćeliju – laboratorijski stvorenu biološku ćeliju izgrađenu u cijelosti od neživih hemikalija.
Ovaj proboj u sintetičkoj biologiji mogao bi da uvede svijet u eru organizama izrađenih po narudžbini koji funkcionišu poput živih mašina, kako piše CNN.
SpudCell je prvi sintetički sistem koji postiže potpuni ćelijski ciklus hranjenja, rasta i reprodukcije, prema tom radu objavljenom u srijedu, ali koji još nije recenziran, kako 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, prenoseći svoj genetski materijal narednim generacijama.
Sintetičke ćelije izrađene su od hemijskih spojeva i smatra se da su ove prve koje pokazuju cjelovit ćelijski ciklus koji obuhvata rast, umnožavanje genetskog materijala i diobu kojom nastaje nova generacija ćelija. Sintetičke ćelije pomažu istraživačima da u potpunosti razumiju bitne funkcije žive ćelije – šta jeste, a šta nije potrebno za život.
Napredak u razumijevanju veza i mehanizama života mogao bi, zauzvrat, pomoći medicinskim istraživanjima, istraživanju svemira i mnogim drugim oblastima proučavanja. Ovaj rad otvara mogućnost razvoja vještačkih organizama koji bi bili projektovani i kreirani za proizvodnju lijekova, hrane, goriva i drugih korisnih materijala. Istovremeno bi mogao doprinijeti rasvjetljavanju jednog od najdubljih naučnih pitanja – kako određeni sklopovi nežive materije prelaze prag i postaju živi sistemi, kako piše The Guardian.
Voditeljka istraživanja Kejt Adamala, sintetička biologičarka sa Univerziteta u Minesoti, i njen univerzitetski istraživački tim kreirali su ćeliju dio po dio od neživih hemijskih komponenti. Rezultat je ograničen i krhak prototip sintetičke ćelije, ali koji bi mogao pomoći naučnicima da bolje razumiju porijeklo života te bi se potencijalno mogao “programirati” kako bi pomogao u rješavanju ili ublažavanju posljedica nekih od najvećih bioloških problema na svijetu.
“Živa? Nije. Ali možda i jeste”
Ćelija je nespecifična – ni biljna ni životinjska, ali najviše liči na jednostavnu bakteriju.
“Znam cijeli spisak sastojaka ćelije, tačno znam koje hemikalije, koje molekule, u kojim koncentracijama”, rekla je Adamala.
“Potpuno je definisana, što znači da možemo da je kreiramo”, dodala je.
Naučnici decenijama rade bioinženjering na prirodnim ćelijama kako bi riješili neke ljudske probleme. Poznat primjer je kada se geni ljudskog insulina ubacuju u bakterijske ćelije E. coli radi proizvodnje insulina i liječenja dijabetesa. Naučnici tvrde da su sintetičke ćelije sljedeća granica – potencijalno bi mogle dovesti do razvoja novih tretmana za rak i novih načina “hvatanja” ugljenika (hvatanje i skladištenje ugljenika je klimatska tehnologija osmišljena da presreće emisije ugljen-dioksida koje proizvode industrijski procesi ili elektrane prije nego što uđu u atmosferu) ili proizvodnje hemikalija.
Kako piše The New York Times, SpudCell nije prva sintetička ćelija ikada stvorena, ali je prva koja je završila puni životni ciklus – od “rođenja” do diobe na ćelije naredne generacije. To je pojednostavljena verzija strukture žive ćelije koja otkriva osnovne genetske i strukturne komponente potrebne za funkcije života.
Na pitanje da li je ćelija živa u pravom smislu riječi, NYT piše da nije, ali da možda i jeste. Naime, iako istraživači koji stoje iza SpudCella ne tvrde da su stvorili život, napominju da “ne postoji jedinstvena, dogovorena definicija” života i da njihov sistem sličan ćelijama funkcioniše slično živim ćelijama.
“SpudCell izvodi ponašanja koja se često koriste za razlikovanje živih ćelija od inertnih – hrani se, raste, replicira svoj genom, dijeli se i prolazi kroz selekciju, ali je daleko jednostavniji od bilo koje prirodne ćelije i sastavljen je, dio po dio, ručno#, naveli su istraživači projekta u izjavi.
Metoda “od dna ka vrhu”
Genom SpudCella takođe je manji od većine živih ćelija. Sadrži samo 90.000 baznih parova, u poređenju sa tri milijarde ljudskih, a ta genetska informacija je podijeljena na sedam molekula DNK, umjesto da se konsoliduje u jednu. Ova fragmentacija znači da se važan genetski materijal ne prenosi uvijek u cijelosti na narednu generaciju.
“Naš sistem nije toliko robustan, brz niti efikasan kao prirodna ćelija, ali predstavlja dokaz koncepta da molekuli mogu ponovo uspostaviti ponašanja koja smo do sada povezivali isključivo sa prirodnim živim ćelijama”, dodala je Adamala.
Naučnici već decenijama pokušavaju da stvore sintetički život. Godine 2010. pokojni pionir genetike Krejg Venter kreirao je organizam zasnovan na bakteriji koja izaziva mastitis kod koza. I druge istraživačke grupe kasnije su postigle slične uspjehe. Umjesto preoblikovanja prirodnih ćelija, tim Kejt Adamale izgradio je SpudCells metodom “od dna ka vrhu” kako bi svaki njihov sastavni dio bio poznat i potpuno razumljiv.
Adamala svoje kreacije naziva “SpudCells” kao aluziju na Sputnik i početak svemirskog doba, ali i iz ličnog razloga.
“Ja sam Poljakinja. Uglavnom sam napravljena od krompira (spud je jedan od engleskih naziva za krompir)”, rekla je.
SpudCells mogu da funkcionišu isključivo u tečnom medijumu bogatom ključnim hemijskim spojevima, poput ATP-a (adenozin-trifosfata), glavne molekule za prenos energije koju žive ćelije sintetišu iz hranljivih materija. Da bi rasle, SpudCells se spajaju sa sitnim “hranidbenim” liposomima prisutnim u medijumu. Oni sadrže molekule, enzime i mikroskopske strukture poznate kao ribozomi, koje SpudCells trebaju za sintezu proteina. Genom SpudCella pritom sadrži i uputstva za umnožavanje sopstvenog genoma i za diobu ćelije.
Daleko od sposobnosti prirodnih ćelija
Kako bi oponašali evolutivni princip preživljavanja najsposobnijih, istraživači su pokazali da se SpudCells koje imaju genetsku prednost u rastu postepeno šire populacijom i nadmašuju originalne SpudCells. SpudCells, kako ističe Adamala, još nisu živi organizmi, ali bi mogli postati svojevrsna platforma za budući vještački život.
Međutim, za razliku od većine prirodnih ćelija, SpudCell nije samoodrživa. Pošto ne može da izgradi sopstvene ribozome – dijelove ćelije odgovorne za sintezu proteina, naučnici moraju da je “hrane” ključnim proteinima i enzimima, a svaka “porodična linija” originalne sintetičke ćelije traje vrlo kratko. Njene mogućnosti su i dalje daleko ispod sposobnosti prirodnih ćelija.
Ovaj novi pristup izgradnji sintetičkih ćelija nosi i etičke i bezbjednosne dileme. Stručnjaci za biosigurnost navode da SpudCell i slični projekti ne predstavljaju neposrednu prijetnju.
“Trenutni SpudCell je uzbudljiv dokaz principa, ali prije nego što može da se koristi za dobro ili loše, biće potrebno još mnogo rada”, rekla je Beki Mekelprang, direktorka bezbjednosnih programa u Konzorcijumu za istraživanje inženjerske biologije.
