Tudósok létrehoztak egy tökéletesen önreplikáló szintetikus sejtet
Tudósok olyan egysejtű szintetikus organizmust hoztak létre, amely ugyanúgy osztódik és szaporodik, mint az igazi. Az előrelépés a jövőben segíthet a kutatóknak miniszámítógépek és apró gyógyszergyártó üzemek felépítésében, mindezt szintetizált sejtekből.
Fotó: Flickr/Jamie Sneddon
„Megannyi lehetőség van arra, hogy a biológia eljövendő évszázada potenciálisan jobbá tehesse a mindennapi életünket” – mondta Elizabeth Strychalski vezető szerző, a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) Sejtmérnöki Csoportjának vezetője. Strychalski és munkatársai például olyan élő érzékelőket szeretnének megtervezni, amelyek méréseket végezhetnek a közvetlen környezetükben, figyelemmel kísérve a savasságot, hőmérsékletet és oxigénszintet.
Ezeket az érzékelő sejteket speciális termékek – nevezetesen gyógyszerek – előállítására is elő lehet használni, és potenciálisan magában az emberi testben is elhelyezhetők. „Az egyik elképzelés az, hogy amikor a sejt érzékeli a betegség állapotát, akkor ezt terápiássá változtathatja, és ha egy betegség állapota hosszabb ideig fennáll, akkor leállíthatja a terápiát” – mondta Strychalski. Más sejteket tenyészthetnek a laboratóriumban, és felhasználhatják az élelmiszer- és üzemanyag-termékek hatékony előállításához, míg másokat arra használhatnak, hogy molekuláris méretben végezzék a számítási funkciókat – tette hozzá.
Ám mindez egyelőre egy szebb jövő képe, ahhoz pedig, hogy elérjük ezt a célt, a tudósoknak elemi szinten kell megvizsgálniuk a sejtben rejlő rejtelmeket, mielőtt manipulálni tudnák azt a szintetikus organizmusokban. Az új tanulmányban Strychalski és munkatársai tettek egy lépést e cél felé, eredményeiket pedig március 29-én tették közzé a Cell folyóiratban. Egy meglévő JCVI-syn3.0 nevű szintetikus sejttel kezdték, amelyet 2016-ban hoztak létre és csak 473 gént tartalmaz – írta a Scientific American. Összehasonlításképpen: az Escherichia coli baktériumnak körülbelül 4000 génje van egyes állítások szerint.
Ezt a sejtet a Mycoplasma genitalium baktériumból, egy nemi úton terjedő mikrobából állították elő, amelyet a tudósok eltávolítottak természetes DNS-ből, és helyettesítették egy saját fejlesztésű DNS-sel. A JCVI-syn3.0 létrehozásakor a tudósok azt akarták megtudni, hogy mely sejtek nélkülözhetetlenek azok életben maradásához és normális működéséhez, és melyek feleslegesek számukra.
Ám míg a JCVI-syn3.0 képes volt fehérjéket építeni és DNS-ét reprodukálni kérdés nélkül, addig a minimális sejt nem tudott egységes gömbökre osztódni. Ehelyett véletlenszerűen hasadt, sokféle alakú és méretű leánysejtet termelve. Strychalski és csapata úgy döntött, hogy megoldja ezt a problémát, mégpedig azzal, hogy visszahozza a géneket a lecsupaszított sejtbe. Évekig tartó munka után a tudósok előállították a JCVI-syn3A-t, amely összesen 492 gént tartalmaz. Ezen gének közül hét olyan, mely kritikus fontosságú a normális sejtosztódás szempontjából.
„A minimális sejt számos génjének nem volt ismert funkciója” – mondta az egyik szerző, James Pelletier, aki a kutatás idején végzős hallgató volt a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) Bits and Atoms központjában. Hasonlóképpen „kiderült, hogy a géneknek, amelyekre a sejtnek a korábbiakban szüksége van, nem volt ismert funkciójuk” – mondta. Ezeknek a géneknek a visszahelyezése lehetővé tette, hogy a minimális sejt teljesen egyenletes gömbökre hasadjon.
Ezen fontos gének egy része valószínűleg genetikai szekvenciájuk alapján kölcsönhatásba lép a sejtmembránnal – mondta Pelletier. Ez azt jelentheti, hogy megváltoztatják a membrán fizikai tulajdonságait, eléggé alakíthatóvá téve a megfelelő elosztáshoz, vagy hogy a membránon belül olyan erőket generáljanak, amelyek ösztönzik a hasadást – mondta. Ám egyelőre a csapat nem tudja, hogy a gének milyen specifikus mechanizmusokat alkalmaznak a sejtek szétválásához – jegyezte meg Pelletier.
„Vizsgálatunkat nem arra terveztük, hogy kiderítsük a sejt belsejében lévő mechanizmusokat, amelyek ezen ismeretlen funkciójú gének mindegyikéhez kapcsolódnak, ennek egy jövőbeli tanulmánynak kell lennie” – mondta Strychalski.
Míg a kutatók továbbra is vizsgálják a minimális sejt rejtelmeit, addig más szintetikus biológusok még egyszerűbb rendszerekkel dolgoznak.
A szintetikus biológia egy spektrumban létezik, az „élettelen vegyi anyagok egyvelegétől kezdve egészen az emlőssejtig vagy a baktériumsejtig” – mondta Strychalski. A terület jövője olyan innovatív csodákhoz vezethet minket, mint például a sejtméretű számítógépek, de egyelőre a munkát főként az a kíváncsiság vezérli, hogy az élet alapvető építőkövei miként állnak össze, és hogy ez mit árulhat el rólunk – írja a Live Science.
