Celice s popolnoma umetno sintetizirano genoma o katerih so prvič poročali leta 2010, iz katere minimalistično genoma celica je bila pridobljena, da pokazala nenormalno morfologijo ob delitvi celic. Nedavni dodatek skupine genov tej minimalistični celici je obnovil normalno celično delitev
Celice so osnovne strukturne in funkcionalne enote življenja, teorijo, ki sta jo predlagala Schleiden in Schwann leta 1839. Od takrat se znanstveniki zanimajo za razumevanje celičnih funkcij tako, da poskušajo v celoti dešifrirati genetsko kodo, da bi razumeli, kako celica raste in se deli na povzroči več podobnih celic. S prihodom oz DNA sekvenciranja je bilo mogoče dekodirati zaporedje genoma s čimer poskuša razumeti celične procese, da bi razumel osnovo življenja. Leta 1984 je Morowitz predlagal najpreprostejšo študijo mikoplazm celice sposoben samostojne rasti, za razumevanje osnovnih principov življenja.
Od takrat je bilo narejenih več poskusov zmanjšanja genoma velikost na minimalno število, kar povzroči celico, ki je sposobna opravljati vse osnovne celične funkcije. Poskusi so najprej vodili do kemične sinteze Mycoplasma mycoides genoma 1079 Kb v letu 2010 in je bil imenovan kot JCVI-syn1.0. Nadaljnji izbrisi v JCVI-syn1.0 Hutchinson III et al. (1) je leta 3.0 povzročil JCVI-syn2016, ki je imel genoma velikosti 531 Kb s 473 geni in je imel čas podvojitve 180 minut, čeprav je imel nenormalno morfologijo po delitvi celice. Še vedno je imel 149 genov z neznanimi biološkimi funkcijami, kar kaže na prisotnost še neodkritih elementov, ki so bistveni za življenje. Vendar pa JCVI-syn3.0 zagotavlja platformo za raziskovanje in razumevanje življenjskih funkcij z uporabo načel celovitosti.genoma dizajn.
Pred kratkim, 29. marca 2021, so Pelletier in sodelavci (2) uporabili JCVI syn3.0 za razumevanje genov, potrebnih za celično delitev in morfologijo, z uvedbo 19 genov v genoma JCVI syn3.0, kar je povzročilo JCVI syn3.0A, ki ima podobno morfologijo kot JCVI syn1.0. ob delitvi celice. 7 od teh 19 genov vključuje dva znana gena za celično delitev in 4 gene, ki kodirajo z membrano povezane beljakovine neznane funkcije, ki so skupaj obnovili fenotip, podoben fenotipu JCVI-syn1.0. Ta rezultat kaže na poligensko naravo celične delitve in morfologije v genomsko minimalni celici.
Glede na dejstvo, da je JCVI syn3.0 sposoben preživeti in se množiti na podlagi svoje minimalistične genoma, ga je mogoče uporabiti kot modelni organizem za ustvarjanje različnih tipov celic z različnimi funkcijami, ki so lahko koristne za ljudi in okolje. Na primer, lahko uvedemo gene, ki vodijo do raztapljanja plastike, tako da se lahko novi organizem uporabi za razgradnjo plastike na biološki način. Podobno lahko enkrat predvideva dodajanje genov, ki se nanašajo na fotosintezo, v JCVI syn3.0, zaradi česar je primeren za uporabo ogljikovega dioksida iz ozračja, s čimer se zmanjšajo njegove ravni in pomaga pri zmanjševanju globalnega segrevanja, velikega podnebnega problema, s katerim se sooča človeštvo. Vendar je treba s takšnimi poskusi ravnati skrajno previdno, da zagotovimo, da v okolje ne izpustimo superorganizma, ki ga je težko nadzorovati, ko je enkrat izpuščen.
Kljub temu lahko zamisel o celici z minimalističnim genomom in njeno biološko manipulacijo vodi do ustvarjanja različnih vrst celic z različnimi funkcijami, ki so sposobne rešiti glavna vprašanja, s katerimi se sooča človeštvo, in njegovo končno preživetje. Vendar pa obstaja razlika med ustvarjanjem popolnoma sintetične celice in ustvarjanjem funkcionalno sintetične celice. genoma. Idealna popolnoma sintetična umetna celica bi bila sestavljena iz sintetiziranega genoma skupaj s sintetiziranimi citoplazemskimi komponentami, kar bi znanstveniki radi dosegli prej kot slej v prihodnjih letih, ko bo tehnološki napredek dosegel vrhunec.
Nedavni razvoj bi lahko bil odskočna deska za ustvarjanje popolnoma sintetične celice, ki je sposobna rasti in delitve.
***
Reference:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Oblikovanje in sinteza minimalne bakterijske genoma. Znanost 25 marec 2016: letn. 351, številka 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Genetske zahteve za celično delitev v genomsko minimalni celici. Celica. Objavljeno: 29. marec 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
