Клетките с напълно изкуствено синтезирани геном бяха докладвани за първи път през 2010 г., от които минималистичен геном клетка е получена, че показва анормална морфология при клетъчно делене. Неотдавнашното добавяне на група гени към тази минималистична клетка възстанови 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 до дават началото на повече клетки от подобен вид. С появата на ДНК секвениране, беше възможно да се декодира последователността на геном като по този начин прави опит да разбере клетъчните процеси, за да разбере основата на живота. През 1984 г. Моровиц предложи изследване на микоплазмите, най-простите клетки способен на автономен растеж, за разбиране на основните принципи на живота.
Оттогава са направени няколко опита за намаляване на геном размер до минималистичен брой, което води до клетка, която е способна да изпълнява всички основни клетъчни функции. Експериментите за първи път доведоха до химическия синтез на Mycoplasma mycoides геном от 1079 Kb през 2010 г. и е наречен JCVI-syn1.0. Допълнителни заличавания, направени в JCVI-syn1.0 от Hutchinson III et al. (1) доведе до JCVI-syn3.0 през 2016 г., който имаше a геном размер от 531 Kb с 473 гена и има време на удвояване от 180 минути, въпреки че има 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 цялостнотогеном дизайн.
Наскоро, на 29 март 2021 г., Pelletier и колеги (2) използваха JCVI syn3.0, за да разберат гените, необходими за клетъчното делене и морфология, като въведоха 19 гена в геном на JCVI syn3.0, пораждайки JCVI syn3.0A, който има морфология, подобна на JCVI syn1.0. при клетъчно делене. 7 от тези 19 гена, включва два известни гена за клетъчно делене и 4 гена, кодиращи мембранно-асоциирани протеини с неизвестна функция, които заедно възстановяват фенотипа, подобен на този на JCVI-syn1.0. Този резултат предполага полигенния характер на клетъчното делене и морфология в геномно минимална клетка.
Предвид факта, че JCVI syn3.0 е способен да оцелее и да се размножава въз основа на своя минималистичен геном, може да се използва като модел на организъм за създаване на различни типове клетки с разнообразни функции, които могат да бъдат полезни за хората и околната среда. Например, може да се въведат гени, които водят до разтваряне на пластмаси, така че създаденият нов организъм да може да се използва за разграждане на пластмаси по биологичен начин. По същия начин, веднъж може да предвиди добавяне на гени, свързани с фотосинтезата в JCVI syn3.0, което го прави податлив за използване на въглероден диоксид от атмосферата, като по този начин намалява нивата му и помага за намаляване на глобалното затопляне, основен климатичен проблем, пред който е изправено човечеството. Въпреки това, такива експерименти трябва да се третират с изключително внимание, за да се гарантира, че няма да освободим супер организъм в околната среда, който е трудно да се контролира, след като бъде освободен.
Независимо от това, идеята за клетка с минималистичен геном и нейната биологична манипулация може да доведе до създаване на разнообразни типове клетки с различни функции, способни да решат големи проблеми, пред които е изправено човечеството и неговото крайно оцеляване. Съществува обаче разлика между създаването на напълно синтетична клетка и създаването на функционално синтетична геном. Идеалната напълно синтетична изкуствена клетка би се състояла от синтезирана геном заедно със синтезирани цитоплазмени компоненти, постижение, което учените биха искали да постигнат по-рано, отколкото по-късно през следващите години, когато 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
***
