Клетки с напълно изкуствено синтезиран геном са докладвани за първи път през 2010 г., от които е получена минималистична геномна клетка, показваща анормална морфология при клетъчно делене. Неотдавнашното добавяне на група гени към тази минималистична клетка е възстановило нормалното клетъчно делене.
Клетките са основните структурни и функционални единици на живота, теория, предложена от Шлайден и Шван през 1839 г. Оттогава учените се интересуват от разбирането на клетъчните функции, като се опитват да дешифрират напълно генетичния код, за да разберат как клетката расте и се дели, за да даде началото на повече клетки от подобен вид. С появата на ДНК секвенирането стана възможно да се декодира последователността на генома , като по този начин се прави опит да се разберат клетъчните процеси и да се разбере основата на живота. През 1984 г. Моровиц предлага изучаването на микоплазмите, най-простите клетки, способни на автономен растеж, за да се разберат основните принципи на живота.
Оттогава са правени няколко опита за намаляване на размера на генома до минималистично число, което води до създаването на клетка, способна да изпълнява всички основни клетъчни функции. Експериментите за първи път доведоха до химичен синтез на геном на Mycoplasma mycoides от 1079 Kb през 2010 г., който беше наречен JCVI-syn1.0. Допълнителни делеции, направени в JCVI-syn1.0 от Hutchinson III et al. (1), доведоха до JCVI-syn3.0 през 2016 г., който имаше размер на генома от 531 Kb с 473 гена и време на удвояване от 180 минути, макар и с анормална морфология при клетъчно делене. Той все още имаше 149 гена с неизвестни биологични функции, което предполага наличието на все още неоткрити елементи, които са от съществено значение за живота. JCVI-syn3.0 обаче предоставя платформа за изследване и разбиране на жизнените функции чрез прилагане на принципите на цялостния геномен дизайн.
Наскоро, на 29 март 2021 г., Пелетие и колеги (2) използваха JCVI syn3.0, за да разберат гените, необходими за клетъчното делене и морфология, като въведоха 19 гена в генома на JCVI syn3.0, което доведе до JCVI syn3.0A, който има морфология, подобна на JCVI syn1.0 при клетъчно делене. 7 от тези 19 гена включват два известни гена за клетъчно делене и 4 гена, кодиращи мембранно-асоциирани протеини с неизвестна функция, които заедно възстановиха фенотипа, подобен на този на JCVI-syn1.0. Този резултат предполага полигенния характер на клетъчното делене и морфология в геномно минимална клетка.
Като се има предвид фактът, че JCVI syn3.0 е способен да оцелява и да се размножава въз основа на минималистичния си геном , той може да се използва като моделен организъм за създаване на различни клетъчни типове с разнообразни функции, които могат да бъдат полезни за хората и околната среда. Например, могат да се въведат гени, които водят до разтваряне на пластмаси, така че новият създаден организъм да може да се използва за разграждане на пластмаси по биологичен начин. По подобен начин може да се предвиди добавянето на гени, свързани с фотосинтезата в JCVI syn3.0, което го прави податлив на използване на въглероден диоксид от атмосферата, като по този начин се намаляват нивата му и се помага за намаляване на глобалното затопляне, основен климатичен проблем, пред който е изправено човечеството. Подобни експерименти обаче трябва да се подхождат с изключително внимание, за да се гарантира, че няма да пуснем в околната среда суперорганизъм, който е трудно да се контролира, след като бъде пуснат.
Въпреки това, идеята за наличието на клетка с минималистичен геном и нейната биологична манипулация може да доведе до създаването на разнообразни клетъчни типове с разнообразни функции, способни да решат основни проблеми, пред които е изправено човечеството и за неговото оцеляване в крайна сметка. Има обаче разлика между създаването на напълно синтетична клетка и създаването на функционално синтетичен геном . Идеалната напълно синтетична изкуствена клетка би се състояла от синтезиран геном, заедно със синтезирани цитоплазмени компоненти, подвиг, който учените биха искали да постигнат по-скоро, отколкото по-късно през следващите години, тъй като технологичният напредък достигне своя връх.
Неотдавнашното развитие може да бъде стъпка към създаването на напълно синтетична клетка, която е способна на растеж и делене.
***
Литература:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Дизайн и синтез на минимална бактериална геном. Науката 25 март 2016 г.: кн. 351, брой 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Генетични изисквания за клетъчно делене в геномно минимална клетка. клетка. Публикувано: 29 март 2021 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
