Επιστήμονες έφτιαξαν κύτταρο από μη ζωντανά υλικά: Το SpudCell που τρώει, μεγαλώνει και διαιρείται

Επιστήμονες έφτιαξαν κύτταρο από μη ζωντανά υλικά: Το SpudCell που τρώει, μεγαλώνει και διαιρείται

Μια είδηση που μοιάζει βγαλμένη από επιστημονική φαντασία έρχεται από το πεδίο της συνθετικής βιολογίας: ερευνητές ανακοίνωσαν ότι κατασκεύασαν ένα συνθετικό κυτταρικό σύστημα από μη ζωντανά χημικά συστατικά, το οποίο μπορεί να τρέφεται, να μεγαλώνει, να αντιγράφει το γενετικό του υλικό και να διαιρείται σε επόμενες γενιές. Το όνομά του είναι SpudCell και ήδη χαρακτηρίζεται από επιστήμονες ως ένα από τα πιο σημαντικά βήματα των τελευταίων χρόνων στην προσπάθεια να κατανοήσουμε πού τελειώνει η χημεία και πού αρχίζει η ζωή.

Προσοχή όμως: οι ίδιοι οι ειδικοί ξεκαθαρίζουν ότι δεν μιλάμε για «δημιουργία ζωής» με την πλήρη έννοια. Το SpudCell δεν είναι ανθρώπινο κύτταρο, δεν είναι φυτικό, δεν είναι ζωικό και δεν είναι ένα φυσικό βακτήριο. Είναι ένα απλό, εύθραυστο, τεχνητά κατασκευασμένο σύστημα που μιμείται βασικές συμπεριφορές των κυττάρων. Αλλά ακριβώς αυτό είναι που το κάνει τόσο εντυπωσιακό.

Η εργασία προέρχεται από την ομάδα της Kate Adamala, συνθετικής βιολόγου στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα. Σύμφωνα με την επίσημη ανακοίνωση του πανεπιστημίου, το SpudCell είναι το πρώτο συνθετικό κύτταρο με πλήρη κυτταρικό κύκλο, κατασκευασμένο από μη ζωντανά χημικά συστατικά. Μπορεί να λαμβάνει υλικά από το περιβάλλον του, να αναπτύσσεται, να αντιγράφει το γονιδίωμά του και να διαιρείται.

Γιατί θεωρείται τόσο μεγάλο επίτευγμα;

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες μπορούσαν να τροποποιούν φυσικά κύτταρα. Για παράδειγμα, εδώ και δεκαετίες χρησιμοποιούνται βακτήρια όπως το E. coli για να παράγουν ουσίες χρήσιμες στην ιατρική, όπως η ινσουλίνη. Αυτό όμως είναι διαφορετικό: παίρνεις κάτι που ήδη ζει και το τροποποιείς.

Στην περίπτωση του SpudCell, η λογική είναι άλλη. Οι ερευνητές δεν ξεκίνησαν από ένα ζωντανό κύτταρο. Το συναρμολόγησαν από την αρχή, χρησιμοποιώντας γνωστά χημικά και βιολογικά εξαρτήματα. Αυτό σημαίνει ότι γνωρίζουν σε μεγάλο βαθμό τι υπάρχει μέσα στο σύστημα, ποια μόρια χρησιμοποιούνται και σε ποιες λειτουργίες συμμετέχουν. Το Biotic, ο οργανισμός που συνδέεται με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, αναφέρει ότι το SpudCell περιλαμβάνει καθορισμένα συστατικά, μεταξύ των οποίων λιπιδική μεμβράνη, γονιδίωμα περίπου 90.000 ζευγών βάσεων και ένα σύστημα πρωτεϊνικής σύνθεσης με καθαρισμένα ένζυμα.

Με απλά λόγια, οι επιστήμονες προσπάθησαν να φτιάξουν ένα «κύτταρο-πλατφόρμα»: όχι κάτι τέλειο, όχι κάτι αυτόνομο, αλλά ένα βασικό βιολογικό σασί πάνω στο οποίο μελλοντικά θα μπορούσαν να χτιστούν πιο σύνθετες λειτουργίες.

Τι μπορεί να κάνει το SpudCell;

Το SpudCell μπορεί να τραφεί, αλλά όχι όπως ένα φυσικό κύτταρο. Δεν έχει πλήρη δικό του μεταβολισμό. Αντί να παράγει μόνο του όλα όσα χρειάζεται, «τρέφεται» μέσα από μικρές λιπιδικές φυσαλίδες, τα λεγόμενα feeder liposomes, που του παρέχουν λιπίδια, ένζυμα, ριβοσώματα και άλλα απαραίτητα μόρια. Έτσι μεγαλώνει η μεμβράνη του και το σύστημα αποκτά υλικά για να συνεχίσει τη λειτουργία του.

Μπορεί επίσης να διαιρεθεί, αλλά με τρόπο διαφορετικό από τα φυσικά κύτταρα. Τα φυσικά κύτταρα χρησιμοποιούν δομές όπως ο κυτταροσκελετός για να οργανώσουν τη διαίρεσή τους. Το SpudCell δεν έχει τέτοιο σύστημα. Αντί γι’ αυτό, παράγει πρωτεΐνες που συγκεντρώνονται στη μεμβράνη και δημιουργούν μηχανική πίεση, μέχρι η μεμβράνη να χωριστεί.

Ένα ακόμη σημαντικό σημείο είναι ότι οι ερευνητές έδειξαν πως το σύστημα μπορεί να εμφανίσει επιλογή και ανταγωνισμό. Όταν εισήγαγαν μια γενετική αλλαγή που βοηθούσε ορισμένα SpudCells να μεγαλώνουν πιο γρήγορα, αυτά επικράτησαν σε σχέση με τα υπόλοιπα μέσα σε λίγες γενιές. Δεν πρόκειται ακόμη για πλήρη φυσική εξέλιξη, αλλά δείχνει ότι ένα χημικά κατασκευασμένο σύστημα μπορεί να εμφανίσει συμπεριφορές που θυμίζουν βασικές αρχές της βιολογίας.

Είναι ζωντανό;

Εδώ βρίσκεται το πιο κρίσιμο ερώτημα. Η σύντομη απάντηση είναι: όχι με τον τρόπο που καταλαβαίνουμε σήμερα τη ζωή.

Το SpudCell δεν είναι πλήρως αυτόνομο. Δεν φτιάχνει μόνο του όλα τα απαραίτητα εξαρτήματα. Δεν μπορεί να επιβιώσει έξω από ένα πολύ προσεκτικά ελεγχόμενο εργαστηριακό περιβάλλον. Δεν έχει την πολυπλοκότητα ενός φυσικού κυττάρου και δεν μπορεί να συνεχίσει απεριόριστα τις γενιές του. Σύμφωνα με δημοσιεύματα και αναλύσεις ειδικών, παραμένει ένα εύθραυστο πρωτότυπο, που λειτουργεί μόνο όταν του παρέχονται συγκεκριμένα συστατικά.

Αυτό όμως δεν μειώνει τη σημασία του. Αντίθετα, το κάνει ακόμη πιο ενδιαφέρον. Γιατί βρίσκεται ακριβώς στη γκρίζα ζώνη ανάμεσα στη χημεία και τη βιολογία. Δεν είναι απλώς ένας σωρός χημικών ουσιών, αλλά ούτε και ένας πλήρως ζωντανός οργανισμός. Είναι κάτι ενδιάμεσο: ένα εργαστηριακό μοντέλο που βοηθά τους επιστήμονες να μελετήσουν ποιες είναι οι ελάχιστες απαιτήσεις για να αρχίσει ένα σύστημα να συμπεριφέρεται σαν κύτταρο.

Τι μπορεί να σημαίνει για το μέλλον;

Αν η τεχνολογία εξελιχθεί, οι εφαρμογές θα μπορούσαν να είναι τεράστιες. Οι επιστήμονες μιλούν για πιθανές χρήσεις στη βιοτεχνολογία, στην παραγωγή φαρμάκων, σε νέα υλικά, σε βιομηχανικές διεργασίες χαμηλότερης ενεργειακής κατανάλωσης, ακόμη και σε συστήματα που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση περιβαλλοντικών προβλημάτων. Το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα αναφέρει ότι μελλοντικά τέτοια κύτταρα θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως πλήρως σχεδιασμένες βιολογικές πλατφόρμες για ιατρικές και μηχανικές εφαρμογές.

Παράλληλα, όμως, υπάρχουν σοβαρά ηθικά και βιοασφαλή ερωτήματα. Ποιος θα έχει πρόσβαση σε τέτοια τεχνολογία; Πώς θα ελέγχεται; Πώς θα αποτρέπεται η κακή χρήση; Οι ίδιοι οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι όσο η συνθετική βιολογία προχωρά, θα χρειάζονται κανόνες, διαφάνεια και διεθνής συνεργασία.

Το σημαντικότερο συμπέρασμα

Το SpudCell δεν είναι «ζωή που δημιουργήθηκε από το τίποτα». Είναι όμως ένα πολύ μεγάλο βήμα προς την κατανόηση του πώς η άψυχη ύλη μπορεί να οργανωθεί σε κάτι που μοιάζει με ζωή. Και αυτό, από μόνο του, είναι μια από τις πιο συναρπαστικές επιστημονικές εξελίξεις της εποχής μας.

Η έρευνα δεν έχει ακόμη περάσει πλήρη αξιολόγηση από ανεξάρτητους κριτές, καθώς παρουσιάστηκε ως προδημοσίευση/preprint. Άρα χρειάζεται προσοχή στους εντυπωσιακούς τίτλους. Όμως, ακόμη και με αυτή την επιφύλαξη, το SpudCell δείχνει ότι η συνθετική βιολογία μπαίνει σε μια νέα εποχή: την εποχή όπου οι επιστήμονες δεν τροποποιούν απλώς τη ζωή, αλλά αρχίζουν να καταλαβαίνουν πώς θα μπορούσαν να τη συναρμολογήσουν από τα βασικά της κομμάτια.

Σημείωση: Το άρθρο έχει ενημερωτικό χαρακτήρα. Δεν αφορά θεραπεία, ιατρική εφαρμογή διαθέσιμη σήμερα ή τεχνολογία έτοιμη για χρήση σε ανθρώπους. Πρόκειται για πρώιμο ερευνητικό επίτευγμα στη συνθετική βιολογία.

Λέξεις-κλειδιά / hashtags:
#ΣυνθετικήΒιολογία #SpudCell #Επιστήμη #Βιοτεχνολογία

Πηγές:

• CNN – Scientists say they have built a cell from scratch for the first time
• University of Minnesota – World’s first synthetic cell with a complete life cycle
• Biotic – SpudCell: A Chemically Defined Synthetic Cell
• bioRxiv – A Chemically Defined Synthetic Cell Capable of Growth and Replication
• The Guardian – Synthetic life a step closer as scientists make cells using lab-made DNA
• Quanta Magazine – For the First Time, a Cell Built From Scratch Grows and Divides