Qelizat me sintetizuar plotësisht artificiale gjenomit u raportuan për herë të parë në vitin 2010 nga i cili një minimalist gjenomit qeliza është nxjerrë që tregoi morfologji jonormale me ndarjen e qelizave. Shtimi i fundit i një grupi gjenesh në këtë qelizë minimaliste rivendosi ndarjen normale të qelizave
Qelizat janë njësitë themelore strukturore dhe funksionale të jetës, një teori e propozuar nga Schleiden dhe Schwann në 1839. Që atëherë, shkencëtarët kanë qenë të interesuar të kuptojnë funksionet qelizore duke u përpjekur të deshifrojnë plotësisht kodin gjenetik për të kuptuar se si qeliza rritet dhe ndahet në lindin më shumë qeliza të një lloji të ngjashëm. Me ardhjen e ADN sekuenca, ka qenë e mundur të deshifrohet sekuenca e gjenomit duke bërë kështu një përpjekje për të kuptuar proceset qelizore për të kuptuar bazën e jetës. Në vitin 1984, Morowitz propozoi studimin e mikoplazmave, më të thjeshtat Qelizat të aftë për rritje autonome, për të kuptuar parimet bazë të jetës.
Që atëherë, janë bërë disa përpjekje për të reduktuar gjenomit madhësia në një numër minimalist duke krijuar një qelizë që është e aftë të kryejë të gjitha funksionet bazë qelizore. Eksperimentet fillimisht çuan në sintezën kimike të Mycoplasma mycoides gjenomit prej 1079 Kb në vitin 2010 dhe u emërua si JCVI-syn1.0. Fshirje të mëtejshme të bëra në JCVI-syn1.0 nga Hutchinson III et al. (1) shkaktoi JCVI-syn3.0 në 2016 që kishte një gjenomit madhësia prej 531 Kb me 473 gjene dhe kishte një kohë dyfishimi prej 180 minutash, megjithëse kishte një morfologji jonormale me ndarjen e qelizave. Ai kishte ende 149 gjene me funksione të panjohura biologjike, duke sugjeruar praninë e elementeve ende të pazbuluar që janë thelbësorë për jetën. Megjithatë, JCVI-syn3.0 ofron një platformë për hetimin dhe kuptimin e funksioneve të jetës duke zbatuar parimet e të gjithëgjenomit projektimit.
Kohët e fundit, më 29 mars 2021, Pelletier dhe kolegët (2) përdorën JCVI syn3.0 për të kuptuar gjenet e nevojshme për ndarjen e qelizave dhe morfologjinë duke futur 19 gjene në gjenomit e JCVI syn3.0, duke krijuar JCVI syn3.0A që ka një morfologji të ngjashme me JCVI syn1.0. me ndarjen e qelizave. 7 nga këto 19 gjene, përfshin dy gjene të njohur të ndarjes qelizore dhe 4 gjene që kodojnë proteinat e lidhura me membranën me funksion të panjohur, të cilat së bashku rivendosën fenotipin e ngjashëm me atë të JCVI-syn1.0. Ky rezultat sugjeron natyrën poligjenike të ndarjes dhe morfologjisë qelizore në një qelizë gjenomike minimale.
Duke pasur parasysh faktin se JCVI syn3.0 është në gjendje të mbijetojë dhe të shumëzohet bazuar në minimalizmin e tij gjenomit, mund të përdoret si një organizëm model për të krijuar lloje të ndryshme qelizash që kanë funksione të ndryshme që mund të jenë të dobishme për njerëzit dhe mjedisin. Për shembull, mund të futen gjene që çojnë në shpërbërjen e plastikës në mënyrë që organizmi i ri i krijuar të mund të përdoret për degradimin e plastikës në një mënyrë biologjike. Në mënyrë të ngjashme, një herë mund të parashikohet shtimi i gjeneve që kanë të bëjnë me fotosintezën në JCVI syn3.0 duke e bërë atë të përshtatshëm për përdorimin e dioksidit të karbonit nga atmosfera duke ulur kështu nivelet e tij dhe për të ndihmuar në reduktimin e ngrohjes globale, një çështje e madhe klimatike me të cilën përballet njerëzimi. Megjithatë, eksperimente të tilla duhet të trajtohen me kujdes maksimal për të siguruar që ne të mos çlirojmë një super organizëm në mjedis që është i vështirë për t'u kontrolluar pasi të lëshohet.
Sidoqoftë, ideja për të pasur një qelizë me gjenom minimalist dhe manipulimi i saj biologjik mund të çojë në krijimin e llojeve të ndryshme të qelizave me funksione të ndryshme të afta për të zgjidhur çështjet kryesore me të cilat përballet njerëzimi dhe mbijetesën e tij përfundimtare. Megjithatë, ekziston një dallim midis krijimit të një qelize plotësisht sintetike kundrejt krijimit të një qelize sintetike funksionale. gjenomit. Një qelizë artificiale ideale plotësisht sintetike do të përbëhej nga një e sintetizuar gjenomit së bashku me komponentët citoplazmikë të sintetizuar, një arritje që shkencëtarët do të donin ta arrinin më shpejt se vonë në vitet e ardhshme, ndërsa përparimet teknologjike arrijnë kulmin.
Zhvillimi i fundit mund të jetë një hap drejt krijimit të një qelize plotësisht sintetike që është e aftë për rritje dhe ndarje.
***
Referencat:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Projektimi dhe sinteza e një bakteri minimal gjenomit. Shkenca 25 Mars 2016: Vëll. 351, Numri 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Kërkesat gjenetike për ndarjen e qelizave në një qelizë gjenomike minimale. Qelizë. Publikuar: 29 Mars 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
