Korak ka veštačkom životu: Prva sintetička ćelija koja se sama razmnožava u laboratoriji VIDEO

Istraživači tvrde da su tako prvi put od nule izgradili ćeliju koja može da se hrani, raste i replicira poput prirodne ćelije. Ovu sintetičku ćeliju - laboratorijski stvorenu biološku ćeliju izgrađenu u celosti od neživih hemikalija - nazvali su "SpudCell".

Ovaj proboj u sintetičkoj biologiji mogao bi da uvede svet u eru organizama izrađenih po narudžbini koji funkcionišu poput živih mašina, kako piše CNN.

SpudCell je prvi sintetički sistem koji postiže potpuni ćelijski ciklus hranjenja, rasta i reprodukcije, prema tom radu objavljenom u sredu, ali koji još nije recenziran, kako ističe Financial Times.

Iako je stvorena u laboratoriji od beživotnih hemikalija, ova sintetička ćelija može da obavlja većinu istih funkcija kao i žive ćelije - hrani se, raste i razmnožava, prenoseći svoj genetski materijal narednim generacijama.

Sintetičke ćelije izrađene su od hemijskih spojeva i smatra se da su ove prve koje pokazuju celovit ćelijski ciklus koji obuhvata rast, umnožavanje genetskog materijala i deobu kojom nastaje nova generacija ćelija. Sintetičke ćelije pomažu istraživačima da u potpunosti razumeju bitne funkcije žive ćelije - šta jeste, a šta nije potrebno za život.

Napredak u razumevanju veza i mehanizama života mogao bi, zauzvrat, pomoći medicinskim istraživanjima, istraživanju svemira i mnogim drugim oblastima proučavanja. Ovaj rad otvara mogućnost razvoja veštačkih organizama koji bi bili projektovani i kreirani za proizvodnju lekova, hrane, goriva i drugih korisnih materijala. Istovremeno bi mogao doprineti rasvetljavanju jednog od najdubljih naučnih pitanja - kako određeni sklopovi nežive materije prelaze prag i postaju živi sistemi, kako piše The Guardian.

Voditeljka istraživanja Kejt Adamala, sintetička biologičarka sa Univerziteta u Minesoti, i njen univerzitetski istraživački tim kreirali su ćeliju deo po deo od neživih hemijskih komponenti. Rezultat je ograničen i krhak prototip sintetičke ćelije, ali koji bi mogao pomoći naučnicima da bolje razumeju poreklo života te bi se potencijalno mogao "programirati" kako bi pomogao u rešavanju ili ublažavanju posledica nekih od najvećih bioloških problema na svetu.

"Živa? Nije. Ali možda i jeste"

Ćelija je nespecifična - ni biljna ni životinjska, ali najviše liči na jednostavnu bakteriju.

"Znam ceo spisak sastojaka ćelije, tačno znam koje hemikalije, koje molekule, u kojim koncentracijama", rekla je Adamala.

"Potpuno je definisana, što znači da možemo da je kreiramo", dodala je.

Naučnici decenijama rade bioinženjering na prirodnim ćelijama kako bi rešili neke ljudske probleme. Poznat primer je kada se geni ljudskog insulina ubacuju u bakterijske ćelije E. coli radi proizvodnje insulina i lečenja dijabetesa. Naučnici tvrde da su sintetičke ćelije sledeća granica - potencijalno bi mogle dovesti do razvoja novih tretmana za rak i novih načina "hvatanja" ugljenika (hvatanje i skladištenje ugljenika je klimatska tehnologija osmišljena da presreće emisije ugljen-dioksida koje proizvode industrijski procesi ili elektrane pre nego što uđu u atmosferu, nap. a.) ili proizvodnje hemikalija.

Kako piše The New York Times, SpudCell nije prva sintetička ćelija ikada stvorena, ali je prva koja je završila puni životni ciklus - od "rođenja" do deobe na ćelije naredne generacije. To je pojednostavljena verzija strukture žive ćelije koja otkriva osnovne genetske i strukturne komponente potrebne za funkcije života.

Na pitanje da li je ćelija živa u pravom smislu reči, NYT piše da nije, ali da možda i jeste. Naime, iako istraživači koji stoje iza SpudCella ne tvrde da su stvorili život, napominju da "ne postoji jedinstvena, dogovorena definicija" života i da njihov sistem sličan ćelijama funkcioniše slično živim ćelijama.

"SpudCell izvodi ponašanja koja se često koriste za razlikovanje živih ćelija od inertnih - hrani se, raste, replicira svoj genom, deli se i prolazi kroz selekciju, ali je daleko jednostavniji od bilo koje prirodne ćelije i sastavljen je, deo po deo, ručno#, naveli su istraživači projekta u izjavi.

Metoda "od dna ka vrhu"

Genom SpudCella takođe je manji od većine živih ćelija. Sadrži samo 90.000 baznih parova, u poređenju sa 3 milijarde ljudskih, a ta genetska informacija je podeljena na sedam molekula DNK, umesto da se konsoliduje u jednu. Ova fragmentacija znači da se važan genetski materijal ne prenosi uvek u celosti na narednu generaciju.

"Naš sistem nije toliko robustan, brz niti efikasan kao prirodna ćelija, ali predstavlja dokaz koncepta da molekuli mogu ponovo uspostaviti ponašanja koja smo do sada povezivali isključivo sa prirodnim živim ćelijama", dodala je Adamala.

Naučnici već decenijama pokušavaju da stvore sintetički život. Godine 2010. pokojni pionir genetike Krejg Venter kreirao je organizam zasnovan na bakteriji koja izaziva mastitis kod koza. I druge istraživačke grupe kasnije su postigle slične uspehe. Umesto preoblikovanja prirodnih ćelija, tim Kejt Adamale izgradio je SpudCells metodom "od dna ka vrhu" kako bi svaki njihov sastavni deo bio poznat i potpuno razumljiv.

Adamala svoje kreacije naziva "SpudCells" kao aluziju na Sputnik i početak svemirskog doba, ali i iz ličnog razloga.

"Ja sam Poljakinja.Uglavnom sam napravljena od krompira (spud je jedan od engleskih naziva za krompir, nap. a.)", rekla je.

SpudCells mogu da funkcionišu isključivo u tečnom medijumu bogatom ključnim hemijskim spojevima, poput ATP-a (adenozin-trifosfata), glavne molekule za prenos energije koju žive ćelije sintetišu iz hranljivih materija. Da bi rasle, SpudCells se spajaju sa sitnim "hranidbenim" liposomima prisutnim u medijumu. Oni sadrže molekule, enzime i mikroskopske strukture poznate kao ribozomi, koje SpudCells trebaju za sintezu proteina. Genom SpudCella pritom sadrži i uputstva za umnožavanje sopstvenog genoma i za deobu ćelije.

Daleko od sposobnosti prirodnih ćelija

Kako bi oponašali evolutivni princip preživljavanja najsposobnijih, istraživači su pokazali da se SpudCells koje imaju genetsku prednost u rastu postepeno šire populacijom i nadmašuju originalne SpudCells. SpudCells, kako ističe Adamala, još nisu živi organizmi, ali bi mogli postati svojevrsna platforma za budući veštački život.

Međutim, za razliku od većine prirodnih ćelija, SpudCell nije samoodrživa. Pošto ne može da izgradi sopstvene ribozome - delove ćelije odgovorne za sintezu proteina, naučnici moraju da je "hrane" ključnim proteinima i enzimima, a svaka "porodična linija" originalne sintetičke ćelije traje vrlo kratko. Njene mogućnosti su i dalje daleko ispod sposobnosti prirodnih ćelija.

Ovaj novi pristup izgradnji sintetičkih ćelija nosi i etičke i bezbednosne dileme. Stručnjaci za biosigurnost navode da SpudCell i slični projekti ne predstavljaju neposrednu pretnju.

"Trenutni SpudCell je uzbudljiv dokaz principa, ali pre nego što može da se koristi za dobro ili loše, biće potrebno još mnogo rada", rekla je Beki Mekelprang, direktorka bezbednosnih programa u Konzorcijumu za istraživanje inženjerske biologije.