… θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στη βιολογική μηχανική
Ενώ πολλά από τα μυστήρια της ζωής παραμένουν άλυτα, οι επιστήμονες μπορούν να περιγράψουν τις βασικές διεργασίες που εκτελεί ένας ζωντανός οργανισμός, οι οποίες περιλαμβάνουν την χρήση ενέργειας, την αναπαραγωγή, την ανάπτυξη και την εξέλιξη. Αν και αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να υλοποιηθούν μεμονωμένα σε ένα εργαστήριο, μέχρι τώρα η ιδέα ενός εντελώς συνθετικού βιολογικού οργανισμού ανήκε στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας.
Οι ερευνητές Kate Adamala και Aaron Engelhart και οι συνεργάτες τους ανέπτυξαν αυτό που περιγράφουν στη νέα επιστημονική δημοσίευσή τους [A Chemically Defined Synthetic Cell Capable Of Growth And Replication], ως το πρώτο συνθετικό κύτταρο στον κόσμο με πλήρη κύκλο ζωής, χτισμένο εξ’ ολοκλήρου από μη ζωντανά χημικά συστατικά. Το κύτταρο που ονομάζεται SpudCell σηματοδοτεί μια σημαντική ανακάλυψη στη βιολογική μηχανική. Με την πάροδο του χρόνου, ίσως προσφέρει λύσεις σε μερικά από τα πιο απαιτητικά προβλήματά μας στην ιατρική και τη μηχανική.
Σύμφωνα με τους συγγραφείς της δημοσίευσης, αποδεικνύεται ότι οι πιο θεμελιώδεις λειτουργίες της ζωής, όπως η ανάπτυξη και η αναπαραγωγή, δεν χρειάζονται κάποια μυστηριώδη μαγική σπίθα. Μεταξύ των χαρακτηριστικών του SpudCell περιλαμβάνονται:
● Η αναπαραγωγή του κύκλου ζωής ενός βιολογικού κυττάρου. Το SpudCell είναι ικανό για επιλογή, αντιγραφή γονιδιώματος, ανάπτυξη, απόκτηση πόρων μέσω τροφοδοσίας και γενετικά κωδικοποιημένη διαίρεση.
● Κυτταρική διαίρεση χωρίς κυτταροσκελετό. Τα φυσικά κύτταρα διαιρούνται χρησιμοποιώντας αυτό που ονομάζεται κυτταροσκελετός, η απουσία ττου οποίου αποτελούσε τροχοπέδη στην έρευνα των συνθετικών κυττάρων. Το SpudCell παρακάμπτει την ανάγκη για κυτταροσκελετό με πρωτεΐνες που συσσωρεύονται στην επιφάνεια της μεμβράνης μέχρι η μηχανική πίεση να αναγκάσει τη μεμβράνη να διαχωριστεί.
● Επιλογή και ανταγωνισμός. Οι ερευνητές εισήγαγαν μια γενετική αλλαγή που αύξησε την παραγωγή της πρωτεΐνης σύντηξης, με αποτέλεσμα τα κύτταρα να αναπτύσσονται γρηγορότερα και να παράγουν περισσότερους απογόνους. Μετά από πέντε γενιές, η ταχύτερα αναπτυσσόμενη παραλλαγή είχε επικρατήσει της αρχικής. Υπό συνθήκες σπανιότητας θρεπτικών συστατικών, το πλεονέκτημα αυξήθηκε, αποδεικνύοντας ότι η επιλογή και ο ανταγωνισμός μπορούν να λειτουργήσουν σε ένα πλήρως συνθετικό χημικό σύστημα.
Το DNA λειτουργεί σαν ένα «εγχειρίδιο οδηγιών» για κάθε ζωντανό οργανισμό. Για να γίνει αντιληπτό το μέγεθος, το ανθρώπινο γονιδίωμα αποτελείται από περίπου 3 δισεκατομμύρια βασικά δομικά στοιχεία (ζεύγη βάσεων). Μέχρι τώρα, οι βιολόγοι είχαν προτείνει ως πιθανή ελάχιστη εκτίμηση ότι το μικρότερο δυνατό «εγχειρίδιο» για να λειτουργήσει ένα ζωντανό κύτταρο θα χρειαζόταν τουλάχιστον 113.000 τέτοια στοιχεία. Όμως, το γονιδίωμα του SpudCell είναι ακόμα μικρότερο, διαθέτοντας μόλις 90.000.
Επιπλέον, αντί όλες αυτές οι οδηγίες να βρίσκονται μαζεμένες σε ένα ενιαίο χρωμόσωμα, είναι χωρισμένες σε επτά μικρότερα, ανεξάρτητα κομμάτια DNA (τα πλασμίδια). Αυτή η πρακτική σχεδίαση σε «ενότητες» επιτρέπει στην επιστημονική ομάδα να προγραμματίζει την κάθε λειτουργία του κυττάρου ξεχωριστά. Με την περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας, το SpudCell και οι μελλοντικές εκδοχές του θα μπορούν να εκτελούν όλο και πιο πολύπλοκες λειτουργίες και συμπεριφορές.
Μένει πολλή δουλειά για να μετατραπεί η κατασκευή μεμονωμένων SpudCells σε μια πραγματική βιομηχανική γραμμή παραγωγής. Τα επτά πλασμίδια DNA του κυττάρου πρέπει να ενοποιηθούν σε ένα ενιαίο, πιο σταθερό γονιδίωμα και πρέπει να κατασκευαστεί περαιτέρω μοριακός μηχανισμός. Τα περισσότερα από τα βιομηχανικά προϊόντα από τα οποία εξαρτιόμαστε – φάρμακα, υλικά, βιομηχανικά χημικά – απαιτούν μοριακές μετατροπές που επί του παρόντος επιτυγχάνουμε χρησιμοποιώντας φυσικά κύτταρα ή χρησιμοποιώντας βιομηχανική χημεία με τεράστιο ενεργειακό κόστος. Τα κύτταρα που κατασκευάζονται από το μηδέν θα μπορούσαν να εκτελέσουν μοριακές μετατροπές που η βιομηχανική χημεία δεν μπορεί. Αυτό θα μπορούσε αρχικά να μεταμορφώσει τη μοριακή ιατρική, δημιουργώντας ακριβή θεραπευτικά μόρια, συμπεριλαμβανομένων φαρμάκων που ενσωματώνουν αμινοξέα τα οποία η εξέλιξη δεν χρησιμοποίησε ποτέ. Θα μπορούσαμε να δούμε υλικά που «καλλιεργούνται», αντί να συντίθενται, και προσεγγίσεις παραγωγής που λειτουργούν σε βιολογικές και όχι σε βιομηχανικές θερμοκρασίες.
Στην βάση όλων αυτών βρίσκεται ένα σύστημα που μπορούμε επιτέλους να σχεδιάσουμε και να ελέγξουμε με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από ότι τα περισσότερα φυσικά κύτταρα, κάτι που το SpudCell φιλοδοξεί να κάνει πραγματικότητα.
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: World’s first synthetic cell with a complete life cycle could revolutionize biological engineering – https://twin-cities.umn.edu/news-events/worlds-first-synthetic-cell-complete-life-cycle-could-revolutionize-biological
Κατηγορίες:ΒΙΟΛΟΓΙΑ
physicsgg 
Σχολιάστε