Celule cu sintetizat complet artificial genomului au fost raportate pentru prima dată în 2010 din care un minimalist genomului celula a fost derivată că a prezentat morfologie anormală la diviziunea celulară. Adăugarea recentă a unui grup de gene la această celulă minimalistă a restabilit diviziunea celulară normală
Celulele sunt unitățile structurale și funcționale de bază ale vieții, o teorie propusă de Schleiden și Schwann în 1839. De atunci, oamenii de știință au fost interesați să înțeleagă funcțiile celulare încercând să descifreze complet codul genetic pentru a înțelege cum crește și se împarte celula în dau naștere la mai multe celule de un fel similar. Odată cu apariția lui ADN-ul secvențiere, a fost posibilă decodificarea secvenței genomului făcând astfel o încercare de a înțelege procesele celulare pentru a înțelege baza vieții. În anul 1984, Morowitz a propus studiul micoplasmelor, cel mai simplu celulele capabil de creștere autonomă, pentru înțelegerea principiilor de bază ale vieții.
De atunci, s-au făcut mai multe încercări de reducere a genomului dimensiunea la un număr minimalist, dând naștere unei celule care este capabilă să îndeplinească toate funcțiile celulare de bază. Experimentele au condus mai întâi la sinteza chimică a Mycoplasma mycoides genomului de 1079 Kb în anul 2010 și a fost numit JCVI-syn1.0. Deleții suplimentare făcute în JCVI-syn1.0 de către Hutchinson III și colab. (1) a dat naștere JCVI-syn3.0 în 2016 care a avut un genomului dimensiunea de 531 Kb cu 473 de gene și a avut un timp de dublare de 180 de minute, deși având o morfologie anormală la diviziunea celulară. Avea încă 149 de gene cu funcții biologice necunoscute, ceea ce sugerează prezența unor elemente încă nedescoperite care sunt esențiale pentru viață. Cu toate acestea, JCVI-syn3.0 oferă o platformă pentru investigarea și înțelegerea funcțiilor vieții prin aplicarea principiilor întregiigenomului proiecta.
Recent, la 29 martie 2021, Pelletier și colegii (2) au folosit JCVI syn3.0 pentru a înțelege genele necesare pentru diviziunea și morfologia celulară prin introducerea a 19 gene în genomului a JCVI syn3.0, dând naștere la JCVI syn3.0A care are o morfologie similară cu JCVI syn1.0. la diviziunea celulară. 7 dintre aceste 19 gene, include două gene cunoscute de diviziune celulară și 4 gene care codifică proteine asociate membranei cu funcție necunoscută, care împreună au restaurat fenotipul similar cu cel al JCVI-syn1.0. Acest rezultat sugerează natura poligenică a diviziunii și morfologiei celulare într-o celulă minimă din punct de vedere genomic.
Având în vedere faptul că JCVI syn3.0 este capabil să supraviețuiască și să se înmulțească pe baza minimalistului său genomului, poate fi folosit ca organism model pentru a crea diferite tipuri de celule cu funcții variate care pot fi benefice pentru oameni și mediu. De exemplu, se pot introduce gene care duc la dizolvarea materialelor plastice, astfel încât noul organism creat să poată fi folosit pentru degradarea materialelor plastice într-o manieră biologică. În mod similar, o dată se poate avea în vedere adăugarea de gene legate de fotosinteză în JCVI syn3.0, făcându-l capabil să utilizeze dioxidul de carbon din atmosferă, reducând astfel nivelurile acestuia și contribuind la reducerea încălzirii globale, o problemă climatică majoră cu care se confruntă omenirea. Cu toate acestea, astfel de experimente trebuie tratate cu maximă precauție pentru a ne asigura că nu eliberăm un super-organism în mediu care este greu de controlat odată ce este eliberat.
Cu toate acestea, ideea de a avea o celulă cu genom minimalist și manipularea sa biologică poate duce la crearea de tipuri variate de celule cu funcții diverse capabile să rezolve problemele majore cu care se confruntă omenirea și supraviețuirea sa finală. Cu toate acestea, există o distincție între crearea unei celule complet sintetice față de crearea unei celule sintetice funcțional. genomului. O celulă artificială ideală complet sintetică ar consta dintr-o celulă sintetizată genomului împreună cu componentele citoplasmatice sintetizate, o performanță pe care oamenii de știință le-ar plăcea să o realizeze mai devreme decât mai târziu în următorii ani, pe măsură ce progresele tehnologice ating apogeul.
Dezvoltarea recentă ar putea fi o piatră de temelie spre crearea unei celule complet sintetice care este capabilă de creștere și diviziune.
***
Referinte:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Proiectarea și sinteza unei bacterii minime genomului. Știință 25 martie 2016: vol. 351, numărul 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Cerințe genetice pentru diviziunea celulară într-o celulă minimă din punct de vedere genomic. Celulă. Publicat: 29 martie 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
