„SpudCell”, cea mai impresionantă realizare de până acum din bioinginerie, a fost creată de om în laborator și se reproduce

„SpudCell”, o alcătuire celulară creată în laborator din gene selectate de la mai multe organisme, este capabilă să se reproducă și reprezintă un progres major în biologia sintetică, afirmă creatorii săi, citați de publicația New Scientist.

O parte din entuziasmul care înconjoară această realizare este pe deplin justificat. 

Este, într-adevăr, vorba despre o celulă, însă nu e chiar ceea ce am fi înclinați să numim celulă vie, în adevăratul sens al expresiei.

„SpudCell”, expresie care în engleză s-ar traduce prin „celulă-cartof”, conține 36 de gene care îi permit să copieze ADN și să se reproducă într-o manieră rudimentară. 

Totuși, ea are nevoie de un sprijin considerabil din exterior și își pierde funcționalitatea după aproximativ cinci cicluri de diviziune. 

Chiar și așa, performanța depășește cu mult tot ceea ce a reușit până acum orice altă echipă de cercetare, astfel încât „SpudCell” poate fi considerată cea mai importantă realizare de bioinginerie de până în prezent, potrivit New Scientist.

„SpudCell” devine proiect open-source

„SpudCell” a fost creată de Kate Adamala, cercetătoare la Universitatea din Minnesota, împreună cu colaboratorii săi.

Proiectul urmează acum să devină open-source, astfel încât alte echipe să poată continua dezvoltarea și, eventual, să reușească să o transforme într-o celulă capabilă să se dividă la nesfârșit.

„SpudCell” reprezintă un pas înainte către crearea unei forme de viață minimale, ale cărei funcții să fie înțelese în întregime.

Încercările anterioare au constat în eliminarea succesivă a unor gene din bacterii care aveau deja genomuri relativ mici. 

De exemplu, în 2016 cercetătorii au redus genomul unei bacterii de la 901 gene la numai 493.

Echipa condusă de Kate Adamala a abordat problema din direcția opusă: a pornit de la numai 36 de gene.

Cele mai multe provin din bacteria Escherichia coli (E. coli), dar au fost incluse și câteva gene provenite de la bacteriofagi - virusuri care infectează bacteriile - precum și o genă responsabilă de producerea unei proteine fluorescente la meduze.

Aceasta din urmă a fost utilizată pentru a face noile celule ușor de observat.

„SpudCell” nu este o formă de viață

„SpudCell” poate realiza unele dintre procesele caracteristice celulelor vii, precum replicarea ADN-ului și diviziunea celulară. 

Însă le îndeplinește destul de ineficient și doar cu un ajutor consistent din exterior.

De exemplu, cercetătorii au demonstrat că este posibilă o formă de evoluție: atunci când au introdus intenționat o mutație avantajoasă, celulele respective au funcționat mai bine. 

Însă mutația nu a apărut spontan, așa cum se întâmplă în evoluția naturală.

„Aș fi dispusă să o numesc vie dacă s-ar putea reproduce la nesfârșit și dacă ar fi capabilă de evoluție darwinistă”, a explicat Kate Adamala.

Este „SpudCell” o celulă sintetică?

„SpudCell” este o celulă sintetică, în sensul că a fost creată în laborator și poate îndeplini o parte dintre funcțiile unei celule. 

Totuși, ea nu a fost creată complet de la zero, ci a fost asamblată folosind componente preluate de la organisme existente. 

Aici e vorba, în principal, de cele 36 de gene.

„SpudCell” poate fi privită ca o versiune extrem de simplificată a bacteriei E. coli, completată cu câteva gene provenite de la virusuri și de la alte bacterii, fără a mai pomeni de gena de la meduze.

Cum a fost construită „SpudCell”

Cercetătorii au inserat cele 36 de gene în șapte molecule circulare de ADN.

Au produs numeroase copii ale acestora și le-au introdus într-o soluție care conținea toate celelalte componente necesare funcționării unei celule: elementele din care se sintetizează ADN-ul și proteinele, precum și molecule lipidice care se auto-organizează spontan în vezicule asemănătoare unor celule.

Unele dintre aceste vezicule au ajuns să conțină toate cele șapte fragmente ale genomului.

Celulele au fost apoi menținute în viață datorită faptului că două dintre gene codifică proteine care formează pori în membrană, permițând pătrunderea unor molecule mici din exterior. 

Moleculele mai mari sunt introduse sub forma unor vezicule microscopice care fuzionează cu celula.

Cu alte cuvinte, „SpudCell” primește din exterior toate „cărămizile” necesare vieții, deoarece nu este capabilă să le producă singură.

Cum se divide „SpudCell”

Cercetătorii au adăugat în soluție proteine de mari dimensiuni, care se fixează de unul dintre tipurile de pori proteici ce ies în exteriorul membranei.

Aceste proteine concurează pentru spațiu și exercită presiune asupra membranei, determinând curbarea ei.

În anumite cazuri, o porțiune din „SpudCell” se desprinde și formează o nouă veziculă.

Procesul nu seamănă cu diviziunea celulară obișnuită, în care rezultă două celule identice.

Noile celule primesc la întâmplare fragmentele circulare de ADN, astfel încât multe dintre ele nu moștenesc întregul set de gene.

De ce nu sunt plasate toate genele pe o singură moleculă de ADN?

Aceasta ar fi, într-adevăr, soluția ideală pentru ca fiecare celulă-fiică să primească toate genele necesare.

Problema este că molecule atât de mari de ADN sunt foarte dificil de manipulat în laborator, spune Kate Adamala.

„Odată ce vom avea un genom de care suntem pe deplin mulțumiți, el va trebui, fără îndoială, să fie organizat într-o singură moleculă mare de ADN”, a adăugat ea.

De ce încetează celulele să mai funcționeze după aproximativ cinci diviziuni?

Cercetătorii nu cunosc știu încă de ce procesul de diviziune se oprește după cinci cicluri.

S-a precizat deja că „SpudCell” nu își poate produce singură ribozomii - structurile celulare care sintetizează proteinele. Aceștia trebuie furnizați din exterior.

„Bănuim că oprirea diviziunii este cauzată de degradarea sau epuizarea ribozomilor”, arată Kate Adamala.

Dacă, în viitor, celulele vor deveni capabile să își fabrice propriii ribozomi, ele ar putea continua să se dividă la nesfârșit.

„Cred că acest obiectiv poate fi atins foarte curând”, a estimat cercetătoarea.

De ce a fost creată „SpudCell”?

„Ne dorim să putem produce toate substanțele petrochimice folosind sisteme biologice vii, astfel încât să renunțăm la dependența de petrol și să obținem toate beneficiile climatice și sociale care decurg din acest lucru”, explică Kate Adamala.

Practic, aproape toate substanțele chimice de care depinde societatea modernă - de la materialele plastice până la pesticide - provin din petrol și gaze naturale.

Multe dintre aceste substanțe sunt toxice și ar distruge celulele obișnuite care ar încerca să le producă.

Celulele sintetice, în schimb, ar putea fi proiectate să reziste la astfel de compuși.

Ar putea deveni „SpudCell” periculoasă?

În stadiul actual, „SpudCell” poate fi comparată, mai degrabă, cu monstrul lui Frankenstein, dar imobilizat la pat și hrănit cu lingurița. 

Nu există niciun risc să scape de sub control, spun creatorii săi.

Iar chiar dacă, într-o bună zi, va putea fi transformată într-o celulă complet funcțională, este foarte puțin probabil să poată supraviețui în afara unui laborator sau a unei instalații industriale.

În realitate, potrivit New Scientist, bacteriile care există deja în natură reprezintă un pericol incomparabil mai mare.