Екип изследователи от Университета Минесота в Туин Ситис съобщава, че за първи път е успял да създаде напълно синтетична клетка, сглобена изцяло от неживи химични компоненти. Новата система носи името "SpudCell" и е способна да се "храни", да расте, да реплицира своя геном и да се дели – свойства, които я доближават до основните функции на живите клетки.
Минималистична клетка със значим ефект
Работата на екипа, ръководен от доцента Кейт Адамала, публикувана онлайн на 1 юли, е първият описан случай, в който няколко ключови клетъчни функции – растеж, репликация на генома и делене – са обединени в една синтетична система. "SpudCell" съдържа приблизително между 150 и 200 молекули и много компактен геном с едва 36 гена – около 50 пъти по-малко, отколкото при типична бактерия.
Как работи "SpudCell": химия вместо традиционна биология
В основата на синтетичната клетка стои добре познатата "PURE-система" – набор от биологични молекули, включително белтъци и рибозоми, които осигуряват транскрипция на ДНК и транслация на РНК в белтъци. Геномът на "SpudCell" кодира специфични молекулярни "етикети" на повърхността, които привличат "клетки-кормилци" – малки липозоми, доставящи ензими и хранителни вещества, необходими за растежа.
Отделен набор повърхностни метки служи за задействане на деленето: при добавяне на външна молекула – стрептавидин – системата преминава към фаза на разделяне. Така в синтетичната система в един общ контекст са съчетани "хранене", растеж, репликация на генетичния материал и делене.
Химикът-системист Йоб Бьокховен от Техническия университет в Мюнхен коментира, че "възможността да се обединят всички тези модули в синтетична клетка е именно пробивът, който това поле чака от толкова дълго време", като в същото време подчертава, че описаните резултати все още предстои да преминат през научно рецензиране.
Ограниченията: далеч от истински жив организъм
Въпреки впечатляващите функции, "SpudCell" остава далеч от сложността и автономността на реална жива клетка. Процесът на делене е неефективен: за да разделят клетките, изследователите трябва физически да ги "протеглят" през мембрана с микроскопични пори. След пет цикъла делене едва около 30 процента от дъщерните клетки запазват пълния геном.
Допълнително ограничение е, че рибозомите в системата постепенно се разпадат, а "SpudCell" няма собствен механизъм да синтезира нови. Това означава, че с времето капацитетът за белтъчен синтез намалява и клетката губи част от функционалността си.
Контролирана еволюция: експеримент с изкуствена мутация
В един от експериментите екипът на Адамала въвежда целенасочена мутация в генома. Тя позволява на част от клетките "SpudCell" да произвеждат повече повърхностни метки, да поглъщат повече хранителни вещества и съответно да растат по-бързо. Тези мутантни клетки изтласкват немутантните в рамките на пет цикъла – намек за процес на "отбор".
Учените подчертават, че това не е истинска дарвинова еволюция: мутацията не възниква спонтанно, а е добавена изкуствено от изследователите, а деленето се извършва механично. Въпреки това резултатът показва как промени в прост геном могат да влияят на поведението на синтетични клетки и да водят до "надпревара" между варианти на една и съща система.
Пътят към публикуване: отказ от списание и отворен достъп
Още един интересен аспект от историята на "SpudCell" е свързан с публикуването на резултатите. Статията все още не е преминала официално рецензиране. Кейт Адамала е предоставила на журналисти 190-страничната ръкопис под ембарго преди публикуването й в сървъра за предварителни версии "bioRxiv". По думите й това се случва след като престижното списание "Cell" е отказало да приеме материала.
Адамала заявява, че в близко бъдеще планира да изпрати статията в друго научно списание. Решението й да сподели предварително данните цели да ускори развитието на по-широки изследвания в областта на синтетичните клетки и да позволи на повече групи да тестват и надграждат върху описаната система.
"Biotic": нова платформа за отворени изследвания в синтетичната биология
Паралелно с обявяването на резултатите за "SpudCell", синтетичният биолог от Станфорд Дрю Енди и група учени създават "Biotic" – нестопанска организация в обществена полза, насочена към обединяване на лаборатории и осигуряване на открит достъп до технологията за синтетични клетки.
Според Енди организацията вече е привлякла стартово финансиране "порядка 10 милиона долара" и възнамерява да разпредели по-голямата част от средствата под формата на научни грантове, започвайки от септември. Целта е да се стимулира споделянето на знания, стандарти и инструменти между различни изследователски центрове.
"Това е като искра", казва Адамала за решението си да публикува бързо, преди приключване на рецензирането, за да даде тласък на по-широките изследвания в сферата на синтетичните клетки. Според нея именно подобни отворени инициативи могат да превърнат първите синтетични клетки от лабораторен прототип в платформа за бъдещи приложения – от биотехнологии до фундаментални проучвания за произхода на живота.