Czy życie można zbudować od podstaw? To pytanie od lat pozostaje jednym z największych wyzwań współczesnej biologii. Teraz zespół naukowców z University of Minnesota twierdzi, że po raz pierwszy stworzył syntetyczną komórkę złożoną wyłącznie z nieożywionych składników chemicznych, która potrafi pobierać składniki odżywcze, rosnąć i dzielić się na komórki potomne. Choć badania nie zostały jeszcze opublikowane w recenzowanym czasopiśmie naukowym, eksperci już określają je jako jeden z najważniejszych kroków w rozwoju biologii syntetycznej.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Czym jest SpudCell i dlaczego naukowcy uważają ją za pierwszą syntetyczną komórkę zbudowaną od podstaw,
- Jakie funkcje życiowe potrafi wykonywać nowa komórka oraz czym różni się od naturalnych komórek,
- Dlaczego biologia syntetyczna może otworzyć nowe możliwości w opracowywaniu leków, terapii i biomateriałów,
- Jakie ograniczenia i wyzwania nadal stoją przed naukowcami oraz dlaczego odkrycie nie oznacza jeszcze stworzenia życia w laboratorium.
Czym jest SpudCell?
Nowo opracowana syntetyczna komórka otrzymała nazwę SpudCell. Nie jest ani komórką roślinną, ani zwierzęcą – najbardziej przypomina prostą bakterię. W przeciwieństwie do organizmów modyfikowanych genetycznie nie powstała poprzez przebudowę istniejącej komórki. Została skonstruowana od podstaw z odpowiednio dobranych związków chemicznych.
Jej genom liczy zaledwie około 90 tys. par zasad, czyli wielokrotnie mniej niż genom bakterii Escherichia coli, który zawiera około 4,6 mln par zasad. Mimo tak niewielkiej liczby informacji genetycznej SpudCell potrafi wykonywać najbardziej podstawowe funkcje przypisywane żywym komórkom.
Twórcy projektu podkreślają, że znają każdy element swojej konstrukcji – od składu chemicznego po stężenia poszczególnych cząsteczek. Dzięki temu system można dowolnie projektować i modyfikować.
Syntetyczna komórka potrafi rosnąć i się dzielić
Największym osiągnięciem zespołu badawczego jest pokazanie, że syntetyczna komórka nie jest jedynie biernym układem chemicznym. SpudCell pobiera składniki odżywcze z otoczenia, zwiększa swoją objętość i przechodzi proces podziału, tworząc kolejne komórki.
Obecnie może funkcjonować przez około pięć pokoleń. Każdy cykl podziału trwa około 12 godzin i wymaga dostarczania odpowiednich składników odżywczych. To znacznie wolniej niż w przypadku bakterii, jednak dla naukowców najważniejsze jest udowodnienie samej możliwości odtworzenia pełnego cyklu komórkowego w syntetycznym systemie.
SpudCell nadal posiada wiele ograniczeń. Nie potrafi samodzielnie produkować rybosomów odpowiedzialnych za syntezę białek, dlatego wykorzystuje rybosomy pochodzące z bakterii E. coli. Nie posiada również cytoszkieletu, czyli wewnętrznego rusztowania obecnego w naturalnych komórkach.
Dlaczego to odkrycie jest tak ważne?
Biologia syntetyczna od lat pozwala modyfikować istniejące organizmy. Dzięki takim technologiom bakterie produkują dziś insulinę, przeciwciała czy enzymy wykorzystywane w medycynie i przemyśle. Stworzenie komórki od podstaw stanowi jednak kolejny etap rozwoju tej dziedziny. Naukowcy zyskują możliwość projektowania biologicznych systemów bez ograniczeń narzuconych przez ewolucję. Jak podkreśla Kate Adamala:
Znam pełną listę składników komórki, wiem dokładnie, jakie substancje chemiczne, jakie cząsteczki i w jakich stężeniach się w niej znajdują. Jest w pełni zdefiniowana, co oznacza, że możemy ją zaprojektować.
Pozwala to lepiej zrozumieć minimalny zestaw elementów niezbędnych do funkcjonowania komórki, a jednocześnie tworzyć organizmy wykonujące zadania, których naturalne komórki nie potrafią realizować.
Możliwe zastosowania w medycynie i biotechnologii
Choć SpudCell nie ma jeszcze praktycznego zastosowania, badacze widzą ogromny potencjał tej technologii. W przyszłości syntetyczne komórki mogłyby zostać zaprogramowane do:
- produkcji nowych leków i białek terapeutycznych,
- opracowywania bardziej skutecznych terapii przeciwnowotworowych,
- wytwarzania biomateriałów i związków chemicznych,
- wychwytywania dwutlenku węgla z atmosfery,
- prowadzenia bezpiecznych procesów przemysłowych opartych na biologii syntetycznej.
Ponieważ wszystkie elementy komórki są znane, możliwe będzie również projektowanie wbudowanych mechanizmów bezpieczeństwa ograniczających ryzyko niekontrolowanego namnażania się organizmów poza laboratorium.
Czy SpudCell można już uznać za żywy organizm?
To pytanie pozostaje przedmiotem dyskusji. Chociaż syntetyczna komórka potrafi rosnąć i się dzielić, nadal nie spełnia wszystkich kryteriów życia. Nie jest zdolna do długotrwałego rozmnażania przez kolejne pokolenia, nie ewoluuje samodzielnie i wymaga stałego dostarczania gotowych elementów niezbędnych do funkcjonowania.
Dodatkowo wyniki badań nie przeszły jeszcze procesu recenzji naukowej, dlatego część środowiska naukowego zachowuje ostrożność w ocenie projektu. Eksperci podkreślają jednak, że nawet jeśli SpudCell nie jest jeszcze pełnoprawnym organizmem, stanowi niezwykle ważny dowód, że najbardziej podstawowe procesy komórkowe można odtworzyć przy użyciu syntetycznie zbudowanego systemu.
Kolejny etap rozwoju biologii syntetycznej
Twórcy projektu planują udostępnić technologię za pośrednictwem organizacji non profit Biotic. Celem jest stworzenie otwartej platformy badawczej, dzięki której naukowcy z całego świata będą mogli rozwijać kolejne generacje syntetycznych komórek.
W najbliższych latach badania będą koncentrować się na zwiększeniu samodzielności SpudCell, rozbudowie jej metabolizmu oraz umożliwieniu długotrwałego rozmnażania. Jeśli te cele uda się osiągnąć, syntetyczne komórki mogą stać się nowym narzędziem wykorzystywanym zarówno w medycynie, jak i biotechnologii czy ochronie środowiska.
Powstanie SpudCell nie oznacza jeszcze stworzenia życia w laboratorium, ale stanowi jeden z najbardziej ambitnych projektów w historii biologii syntetycznej. Po raz pierwszy naukowcy pokazali, że podstawowe funkcje komórki można odtworzyć z nieożywionych składników chemicznych. Choć technologia znajduje się na bardzo wczesnym etapie rozwoju, może w przyszłości przyczynić się do opracowania nowych terapii, bardziej zaawansowanych metod produkcji biologicznej oraz lepszego zrozumienia mechanizmów, które doprowadziły do powstania życia na Ziemi.
Główne wnioski
- SpudCell to syntetyczna komórka zbudowana wyłącznie z nieożywionych składników chemicznych. Potrafi pobierać składniki odżywcze, rosnąć i dzielić się przez około pięć pokoleń.
- Komórka posiada genom liczący około 90 tys. par zasad, czyli wielokrotnie mniejszy niż genom bakterii E. coli, a mimo to wykonuje podstawowe funkcje komórkowe.
- Technologia może w przyszłości znaleźć zastosowanie w produkcji leków, terapii przeciwnowotworowych, biotechnologii przemysłowej oraz projektowaniu nowych biomateriałów.
- Badania nie zostały jeszcze opublikowane w recenzowanym czasopiśmie naukowym, dlatego odkrycie wymaga dalszej weryfikacji, jednak już teraz jest uznawane za jeden z najbardziej obiecujących kierunków rozwoju biologii syntetycznej.
Źródło:
- https://biotic.org/research/spudcell/
