Udało się stworzyć żywą komórkę. Naukowy przełom w laboratorium

Zespół kierowany przez biolog syntetyczną Kate Adamalę z University of Minnesota dokonał naukowego przełomu rodem z filmów i powieści science fiction. Powstał pierwszy syntetyczny układ komórkowy zbudowany całkowicie z nieożywionych składników chemicznych. Opracowano syntetyczną komórkę, która potrafi rosnąć, dzielić się i kopiować własny materiał genetyczny tak jak inne organizmy żywe. Naukowcy podkreślają jednak, że nowa konstrukcja, nazwana SpudCell, nie powinna być nazywana nową formą biologicznego życia. Są jednak zgodni, że to pierwszy system zbudowany wyłącznie z nieożywionych składników chemicznych, który jest zdolny przeprowadzić pełny cykl komórkowy, włącznie z replikacją DNA i stworzeniem kolejnego pokolenia komórek. Jest też zdolny do doboru naturalnego i już eliminuje słabsze komórki.

Redakcja poleca

Koniec życia na Ziemi wcześniej. Naukowcy ujawnili datę

Niezwykły poród. "Przypadek 1 na 11 mln ciąż"

Bałtyk umiera? Naukowcy odkryli groźne zjawisko

syntetyczna komórka SpudCell Fot: Orion Venero/Adamala Lab

Cud w laboratorium. "Największy krok w biologii syntetycznej"

Granica między materią nieożywioną a życiem od stuleci fascynuje filozofów, biologów i chemików. Przez dekady naukowcy potrafili modyfikować istniejące organizmy, usuwać geny, tworzyć sztuczne chromosomy czy projektować bakterie wykonujące określone zadania. Jednak zawsze punktem wyjścia była komórka, a biologia syntetyczna polegała jedynie na modyfikowaniu już istniejących mikroorganizmów. Teraz, metodą określaną jako bottom-up synthetic biology („budowanie od podstaw”), stworzono komórkę całkowicie od podstaw. To osiągnięcie wielu ekspertów określa jako największy krok w biologii syntetycznej od czasu stworzenia pierwszej bakterii z syntetycznym genomem przez zespół Craiga Ventera w 2010 roku.

Podstawę SpudCell stanowi mikroskopijna pęcherzykowata błona lipidowa, pełniąca funkcję błony komórkowej. W liposomach umieszczono siedem syntetycznych plazmidów tworzących genom SpudCell oraz układ odpowiedzialny za odczytywanie informacji genetycznej i produkcję białek. Utworzony genom nowej komórki liczy 90 tysięcy par zasad DNA, a więc mniej niż zakładali naukowcy, że będzie potrzebne do funkcjonowania komórki. Do tej pory uważali, że niezbędnym minimum jest 113 tysięcy par zasad.

SpudCell po raz pierwszy integruje kilka fundamentalnych cech życia:

• pobiera składniki odżywcze z otoczenia,
• zwiększa swoją objętość,
• replikuje DNA,
• dzieli się na komórki potomne,
• podlega doborowi – szybsze warianty mogą wypierać wolniejsze w kolejnych pokoleniach.

Komórka SpudCell funkcjonuje w specjalnym roztworze zawierającym wszystkie związki chemiczne niezbędne do życia. Jak wyjaśnili naukowcy, łączy się z pęcherzykami dostarczającymi enzymy, rybosomy i inne składniki niezbędne do produkcji białek. Używa instrukcji zapisanych w DNA, by inicjować wzrost, kopiowanie genomu i podział komórkowy. Zaobserwowano również proces przypominający „dobór naturalny”. Oznacza to, że komórki z lepszym wariantem genetycznym eliminują te słabsze z populacji.

Czy to już życie? Przełom w laboratorium

Nie istnieje jedna powszechnie akceptowana definicja życia. Biolodzy zazwyczaj wymieniają kilka podstawowych cech organizmów żywych:

• metabolizm,
• wzrost,
• rozmnażanie,
• przekazywanie informacji genetycznej,
• zdolność do ewolucji,
• reagowanie na środowisko,
• utrzymywanie homeostazy.

SpudCell "nie ucieknie" z laboratorium

Spokojnie, nie obawiajcie się, że ziści się scenariusz z horrorów, gdy zabójcza forma życia ucieka z laboratorium. Naukowcy uspokajają, że SpudCell jest niezwykle delikatnym układem laboratoryjnym, który nie potrafi samodzielnie przetrwać poza ściśle kontrolowanym środowiskiem. Komórka SpudCell wymaga starannie przygotowanego środowiska, dostarczanych z zewnątrz składników oraz nie posiada pełnego, autonomicznego metabolizmu. Nie potrafi również przez długi czas samodzielnie wytwarzać całego własnego aparatu białkowego. Syntetyczne komórki nie posiadają też cytoszkieletu, który odpowiada za kształt komórki oraz za transport substancji wewnątrz komórki. Obecnie funkcjonuje jedynie przez kilka pokoleń, doprowadzając do błędów podczas kopiowania DNA. Nie jest w stanie długotrwale ewoluować.

Komórki SpudCell to przyszłość nauki? Korzyści i zagrożenia

Naukowcy wskazują liczne korzyści, które odniesiemy rozwijając projekt SpudCell. Syntetyczne komórki można w przyszłości zaprogramować do dostarczania leków wyłącznie do komórek nowotworowych, produkcji określonych białek terapeutycznych lub wykrywania zmian chorobowych wewnątrz organizmu. Zamiast wykorzystywać bakterie czy drożdże, możliwe byłoby projektowanie sztucznych komórek produkujących biopaliwa, biodegradowalne tworzywa sztuczne, enzymy przemysłowe lub cenne związki chemiczne z dużo większą wydajnością. Twórcy projektu wskazują także na możliwość budowy niskoemisyjnych „mikrofabryk biologicznych”, które mogłyby zastąpić część procesów chemicznych wymagających dziś wysokich temperatur i dużych ilości energii.

Pojawiają się również pytania etyczne. Czy człowiek powinien tworzyć nowe formy życia? Kto będzie właścicielem syntetycznych organizmów? Jak regulować ich wykorzystanie?

Redakcja poleca

Sztuczna inteligencja zagrożeniem? "Nie uniknę zniszczenia ludzi"

Ujawnili projekt statku kosmicznego. "Podróż do innej galaktyki"

Koniec wszechświata wcześniej. Odkrycie naukowców

Źródło: CNN, Radio ZET, Science