Naukowcy z Minnesoty stworzyli syntetyczne komórki, które odżywiają się i rozmnażają

Pełny tekst

Spis treści :

Jak powstała syntetyczna komórka SpudCell?

Życie musi się powielać

Problem z rybosomami

Komentarz polskiego naukowca

Naukowcy od dawna marzyli o odkryciu metody, dzięki której związki chemiczne można byłoby przekształcić w życie . W środę 1 lipca zespół z Uniwersytetu Minnesoty ogłosił, że wykonał znaczący krok w kierunku urzeczywistnienia tej wizji.

Łącząc ze sobą dziesiątki różnych składników, badaczom udało się zsyntetyzować proste komórki, które odżywiają się, rosną, rozmnażają i konkurują ze sobą o pożywienie . Choć komórki te nie są jeszcze w pełni żywe, wykazują większość cech charakterystycznych dla życia.

– Ta komórka nie narodziła się – została zbudowana przez człowieka. Mimo sztucznego pochodzenia, funkcjonuje tak, jak funkcjonują naturalne komórki – skomentował wyniki badań dr Drew Endy , biolog z Uniwersytetu Stanforda.

Jak powstała syntetyczna komórka SpudCell?

Za tym niezwykłym wynikiem stoi zespół kierowany przez prof. Kate Adamalę , ekspertkę w zakresie biologii syntetycznej, inżynierii komórkowej oraz astrobiologii. Biolożka nazwała swoje dzieło SpudCell („ziemniaczana komórka”) ze względu na jej przypominający ziemniaka kształt. Ponieważ budowa SpudCell opiera się na dobrze poznanych mechanizmach, zdaniem Adamali biolodzy powinni być w stanie stopniowo ją udoskonalać.

Chociaż odkrycie jest istotne, dodajmy, że praca wywołała też kontrowersje wokół sposobu jej upublicznienia. Pierwotny artykuł naukowy został odrzucony przez czasopismo „Cell” . W związku z tym prof. Adamala przekazała dziennikarzom liczący 190 stron maszynopis, zanim jeszcze trafił on na serwer preprintów bioRxiv, gdzie mogliby się z nim zapoznać inni naukowcy.

Sztuczna komórka SpudCell jest wyposażona w genom aż 50 razy mniejszy niż typowej bakterii i zawiera zaledwie 36 genów. Dla porównania laboratoryjny szczep E. coli ma 4460 genów, a ludzki genom około 20 000. Projektując SpudCell badacze zmieszali około stu rodzajów białek i prostych cząsteczek, dodali 36 genów pochodzących z wirusa i bakterii E. coli , a następnie dołączyli składniki błon komórkowych, które samoistnie utworzyły pęcherzyki otaczające tę molekularną „zupę”.

Życie musi się powielać

Ale stworzenie jednej komórki to za mało, by mówić o jakiejś wersji życia . Życie musi się powielać. Jednak eksperci z Uniwersytetu Minnesoty zamiast naśladować naturalny mechanizm podziału, wyposażyli komórkę w znaczniki powierzchniowe wiążące się ze streptawidyną, co wywołuje wzajemne odpychanie się cząsteczek na powierzchni błony – siła ta rośnie, aż pęcherzyk pęka na dwie części. Czyli, jakby na to nie patrzeć, rozmnaża się

Prowadzony przez prof. Adamalę zespół stworzył zmutowaną wersję komórki , silniej wiążącą się z pęcherzykami zawierającymi pokarm. Oba typy komórek konkurowały o pokarm przez pięć kolejnych pokoleń. Z czasem liczba mutantów zaczęła przewyższać liczbę komórek pierwotnych, co sugerowało, że skuteczniej zdobywały pożywienie i wypierały swoje pierwowzory.

– To oszałamiające osiągnięcie naukowe – powiedziała dr Roseanna Zia , biolożka komputerowa z University of Missouri.

Problem z rybosomami

Dzięki temu naukowcy będą mogli umieszczać różne syntetyczne komórki we wspólnym środowisku i obserwować ich rywalizację, co pozwoli znacznie szybciej opracowywać coraz bardziej zaawansowane ich wersje.

Mimo wszystkich tych oznak życia SpudCell nadal ma poważne ograniczenia. Przede wszystkim jej genom jest aż 50 razy mniejszy niż typowej bakterii, więc SpudCell nie ma zdolności do samodzielnego wytwarzania nowych rybosomów, czyli molekularnych „fabryk”, w których powstają białka – z czasem posiadane rybosomy po prostu się zużywają, a komórka nie ma jak ich zastąpić ani usunąć starych . Problem pogłębia też sam podział: po pięciu cyklach dzielenia się tylko około 30% komórek SpudCell zachowywało pełny, kompletny genom, bo skopiowane nici DNA nie zawsze równo się rozdzielają.

Sama Kate Adamala porównuje swoje komórki do pierwszego samolotu braci Wright – prymitywnego, ale przełomowego pierwszego kroku, w przeciwieństwie do naukowców modyfikujących istniejące komórki, którzy – jak mówi – przypominają inżyniera, któremu dano gotowego Dreamlinera bez planów budowy. Dr Drew Endy ocenia z kolei, że SpudCell to moment przełomowy, bo pokazuje, że łącząc ze sobą cztery czy pięć osiągnięć z różnych dziedzin , udało się uzyskać komórkę, która rośnie i dzieli się.

Komentarz polskiego naukowca

O komentarz dotyczący odkrycia poprosiliśmy dr. Janusza Pętkowskiego, chemika i astrobiologa pracującego naukowo w Massachusetts Institute of Technology (MIT) w grupie prof. Sary Seager oraz na Politechnice Wrocławskiej. Dr Pętkowski jest również współzałożycielem Polskiego Towarzystwa Astrobiologicznego (Astrobio).

– Stworzenie przez grupę prof. Adamali sztucznych komórek to bardzo znaczący krok na drodze ku odpowiedzi, gdzie kończy się chemia, a zaczyna się biologia .

W 2002 roku, naukowcy stworzyli z „chemicznych klocków” syntetycznego wirusa polio. W roku 2006 zespół prof. Craiga Ventera rozpoczął pracę nad tzw. minimalną komórką opartą na bakteriach Mycoplasma genitalium . Projekt miał na celu stwierdzenie, jaki jest najmniejszy zestaw genów zdolny do podtrzymania procesów życiowych komórki. Venter zidentyfikował takich genów 382 .

Sądzę, że praca prof. Kate Adamali wpisuje się ten wyścig , którego celem jest stworzenie w pełni sztucznego, syntetycznego życia. Jej zespołowi udało się stworzyć pierwszą syntetyczną „komórkę”, zdolną do podziału i pełnego cyklu życiowego oraz podlegającą selekcji darwinowskiej. To ogromne osiągniecie – twierdzi ekspert.

– Czy sądzi Pan, że ludzie kiedyś stworzą „życie”?

– Jestem tego pewien. Uważam też, że stworzymy je w laboratorium zanim tak naprawdę dowiemy się, w jaki dokładnie sposób powstało ono na Ziemi.

Źródło : Science

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Jestem dziennikarką, redaktorką i pisarką zajmującą się tematyką popularnonaukową, głównie kosmosem. Ukończyłam Uniwersytet Warszawski, a swoją przygodę z mediami rozpoczęłam ponad 20 lat temu w redakcji „Życia Warszawy”. Poza pisaniem o polskiej i światowej nauce na łamach „National Geographic” tworzę także artykuły dla magazynów premium, w tym dla Onet.pl oraz Gazeta.pl. Jestem współautorką trzech bestsellerowych książek: „Człowiek – istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”. Zostałam również wyróżniona funkcją ambasadorki Śląskiego Festiwalu Nauki. Na co dzień pracuję w Centrum Badań Kosmicznych PAN, a także współpracuję z polskim Obserwatorium Cerro Murphy w Chile (OCM), którym zarządza CAMK PAN. Mam wielkie szczęście, ponieważ wykonuję pracę, która jest jednocześnie moją ogromną pasją i stanowi dużą część mojego życia. Resztę czasu poświęcam rodzinie oraz moim ukochanym psom. Jestem po prostu Trekkie w niekończącej się misji odkrywania nowych technologii, planet i osobliwości.