Buňky s plně umělou syntézou genom byly hlášeny poprvé v roce 2010, z nichž minimalistické genom buňka byla odvozena, že vykazovaly abnormální morfologii po buněčném dělení. Nedávné přidání skupiny genů do této minimalistické buňky obnovilo normální buněčné dělení
Buňky jsou základní strukturní a funkční jednotky života, teorie navržená Schleidenem a Schwannem v roce 1839. Od té doby se vědci zajímají o pochopení buněčných funkcí tím, že se snaží plně dešifrovat genetický kód, aby pochopili, jak buňka roste a dělí se. dávají vzniknout více buňkám podobného druhu. S příchodem DNA sekvenování, bylo možné dekódovat sekvenci genom čímž se pokoušíme porozumět buněčným procesům, abychom pochopili základ života. V roce 1984 Morowitz navrhl studium mykoplazmat, nejjednodušší buněk schopné autonomního růstu, pro pochopení základních principů života.
Od té doby bylo učiněno několik pokusů o snížení genom velikosti na minimalistický počet, což vede k buňce, která je schopna vykonávat všechny základní buněčné funkce. Pokusy nejprve vedly k chemické syntéze Mycoplasma mycoides genom 1079 Kb v roce 2010 a byl pojmenován jako JCVI-syn1.0. Další delece provedené v JCVI-syn1.0 Hutchinsonem III et al. (1) dal vzniknout JCVI-syn3.0 v roce 2016, který měl a genom velikost 531 Kb se 473 geny a měl čas zdvojení 180 minut, i když měl abnormální morfologii po buněčném dělení. Stále měl 149 genů s neznámými biologickými funkcemi, což naznačuje přítomnost dosud neobjevených prvků, které jsou nezbytné pro život. JCVI-syn3.0 však poskytuje platformu pro zkoumání a pochopení životních funkcí aplikací principů celistvostigenom design.
Nedávno, 29. března 2021, Pelletier a kolegové (2) použili JCVI syn3.0 k pochopení genů potřebných pro buněčné dělení a morfologii zavedením 19 genů do genom JCVI syn3.0, čímž vznikl JCVI syn3.0A, který má morfologii podobnou JCVI syn1.0. při dělení buněk. 7 z těchto 19 genů zahrnuje dva známé geny buněčného dělení a 4 geny kódující membránově asociované proteiny neznámé funkce, které společně obnovily fenotyp podobný fenotypu JCVI-syn1.0. Tento výsledek naznačuje polygenní povahu buněčného dělení a morfologie v genomicky minimální buňce.
Vzhledem k tomu, že JCVI syn3.0 je schopen přežít a množit se na základě své minimalistickosti genommůže být použit jako modelový organismus k vytvoření různých typů buněk s různými funkcemi, které mohou být prospěšné pro člověka a životní prostředí. Například lze zavést geny, které vedou k rozpouštění plastů, takže nově vyrobený organismus může být použit k degradaci plastů biologickým způsobem. Podobně lze jednou uvažovat o přidání genů týkajících se fotosyntézy do JCVI syn3.0, což umožní využívat oxid uhličitý z atmosféry, a tím snížit jeho hladiny a pomoci snížit globální oteplování, což je hlavní klimatický problém, kterému lidstvo čelí. S takovými experimenty je však třeba zacházet s maximální opatrností, abychom zajistili, že nevypustíme superorganismus do prostředí, které je po vypuštění obtížné kontrolovat.
Nicméně myšlenka mít buňku s minimalistickým genomem a její biologickou manipulací může vést k vytvoření různých typů buněk s různými funkcemi schopnými řešit hlavní problémy, kterým lidstvo čelí, a jeho konečné přežití. Existuje však rozdíl mezi vytvořením plně syntetické buňky a vytvořením funkčně syntetické buňky genom. Ideální zcela syntetická umělá buňka by sestávala ze syntetizované buňky genom spolu se syntetizovanými cytoplazmatickými složkami, což je výkon, kterého by vědci rádi dosáhli dříve než později v nadcházejících letech, protože technologický pokrok dosáhne svého vrcholu.
Nedávný vývoj by mohl být odrazovým můstkem k vytvoření plně syntetické buňky schopné růstu a dělení.
***
Reference:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Návrh a syntéza minimální bakteriální genom. Věda 25 březen 2016: sv. 351, vydání 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Genetické požadavky na buněčné dělení v genomicky minimální buňce. Buňka. Zveřejněno: 29. března 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
