Celler med helt konstgjord syntetiserad Genome rapporterades först 2010 varav en minimalistisk Genome cell härleddes att visade onormal morfologi vid celldelning. Nyligen tillägg av en grupp gener till denna minimalistiska cell återställde den normala celldelningen
Celler är livets grundläggande strukturella och funktionella enheter, en teori som föreslogs av Schleiden och Schwann 1839. Sedan dess har forskare varit intresserade av att förstå de cellulära funktionerna genom att försöka dechiffrera den genetiska koden fullt ut för att förstå hur cellen växer och delar sig till ge upphov till fler celler av liknande slag. Med tillkomsten av DNA- sekvensering har det varit möjligt att avkoda sekvensen av Genome gör därigenom ett försök att förstå de cellulära processerna för att förstå grunden för livet. År 1984 föreslog Morowitz studien av mykoplasma, den enklaste celler kapabla till autonom tillväxt, för att förstå livets grundläggande principer.
Sedan dess har flera försök gjorts för att minska Genome storlek till ett minimalistiskt antal som ger upphov till en cell som är kapabel att utföra alla de grundläggande cellulära funktionerna. Experimenten ledde först till den kemiska syntesen av Mycoplasma mycoides Genome på 1079 Kb år 2010 och namngavs som JCVI-syn1.0. Ytterligare deletioner gjorda i JCVI-syn1.0 av Hutchinson III et al. (1) gav upphov till JCVI-syn3.0 2016 som hade en Genome storleken 531 Kb med 473 gener och hade en fördubblingstid på 180 minuter, även om den hade en onormal morfologi vid celldelning. Den hade fortfarande 149 gener med okända biologiska funktioner, vilket tyder på närvaron av fortfarande oupptäckta element som är avgörande för livet. JCVI-syn3.0 tillhandahåller dock en plattform för att undersöka och förstå livsfunktioner genom att tillämpa principerna för hel-Genome design.
Nyligen, den 29 mars 2021, använde Pelletier och kollegor (2) JCVI syn3.0 för att förstå generna som krävs för celldelning och morfologi genom att introducera 19 gener i Genome av JCVI syn3.0, vilket ger upphov till JCVI syn3.0A som har en morfologi som liknar JCVI syn1.0. vid celldelning. 7 av dessa 19 gener inkluderar två kända celldelningsgener och 4 gener som kodar för membranassocierade proteiner med okänd funktion, som tillsammans återställde fenotypen liknande den för JCVI-syn1.0. Detta resultat antyder den polygena naturen hos celldelning och morfologi i en genomiskt minimal cell.
Med tanke på det faktum att JCVI syn3.0 kan överleva och multiplicera baserat på dess minimalistiska Genome, kan den användas som en modellorganism för att skapa olika celltyper med olika funktioner som kan vara till nytta för människor och miljö. Till exempel kan man introducera gener som leder till upplösning av plast så att den nya organismen som skapas kan användas för nedbrytning av plast på ett biologiskt sätt. På samma sätt kan man tänka sig att lägga till gener relaterade till fotosyntes i JCVI syn3.0, vilket gör det möjligt att använda koldioxid från atmosfären och därigenom minska dess nivåer och hjälpa till att minska den globala uppvärmningen, en stor klimatfråga som mänskligheten står inför. Sådana experiment måste dock behandlas med största försiktighet för att säkerställa att vi inte släpper ut en superorganism i miljön som är svår att kontrollera när den väl släpps ut.
Icke desto mindre kan idén om att ha en cell med minimalistiskt genom och dess biologiska manipulation leda till skapandet av olika celltyper med olika funktioner som kan lösa stora problem som mänskligheten står inför och dess slutliga överlevnad. Det finns dock en skillnad mellan skapandet av en helsyntetisk cell kontra skapandet av en funktionellt syntetisk Genome. En idealisk helt syntetisk artificiell cell skulle bestå av en syntetiserad Genome tillsammans med syntetiserade cytoplasmatiska komponenter, en bedrift som forskare skulle älska att uppnå tidigare än senare under de kommande åren när de tekniska framstegen når sin topp.
Den senaste utvecklingen kan vara ett språngbräde mot skapandet av en helsyntetisk cell som kan växa och delas.
***
Referenser:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Design och syntes av en minimal bakteriell Genome. Vetenskap 25 Mar 2016: Vol. 351, nummer 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Genetiska krav för celldelning i en genomiskt minimal cell. Cell. Publicerad: 29 mars 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
