O echipă de cercetători din Minnesota a construit, moleculă cu moleculă, ceva ce nu s-a mai văzut până acum: o celulă complet artificială, asamblată din componente non-vii, capabilă să crească, să se hrănească, să-și copieze genomul și să se dividă în celule-fiice. I-au spus SpudCell, „celula-cartof”, iar rezultatul redeschide una dintre cele mai vechi întrebări din biologie – unde se termină chimia și unde începe viața.
O rețetă din laborator, nu o celulă „descărcată”
Spre deosebire de alte încercări de a construi viață artificială, care au pornit de la bacterii adevărate și le-au eliminat genele până la un minim funcțional, echipa condusă de Kate Adamala și Aaron Engelhart, de la Universitatea din Minnesota, a mers exact în direcția opusă: a pornit de la zero, din substanțe chimice cunoscute și pure, fără nicio componentă preluată dintr-un organism viu.
SpudCell este, în esență, o bulă microscopică de lipide – o veziculă numită liposom – umplută cu un genom artificial de circa 90.000 de perechi de baze, împărțit pe șapte plasmide separate de ADN, plus un set comercial de 36 de enzime purificate care permit celulei să citească acel ADN și să fabrice proteine. Pentru comparație, biologii estimaseră până acum că o celulă vie ar avea nevoie de cel puțin 113.000 de perechi de baze ca să funcționeze; genomul SpudCell e mai mic decât acest prag considerat minim.
Celula nu are însă gene proprii pentru metabolism, așa că echipa a rezolvat problema altfel: a pregătit „pachete de hrană” – alte liposome umplute cu zaharuri, lipide, enzime, ARN de transfer și ribozomi. O proteină modificată, ancorată în membrana celulei, atrage aceste pachete; când se ciocnesc, membranele fuzionează, iar conținutul e eliberat înăuntru.
Partea grea: diviziunea fără schelet
Alte laboratoare reușiseră deja, separat, să facă celule sintetice care cresc sau își copiază ADN-ul. Diviziunea celulară a rămas însă blocajul de decenii, pentru că o celulă obișnuită folosește scheletul celular – o rețea de proteine – pentru a se strânge la mijloc și a se rupe în două. O celulă sintetică nu are așa ceva.
Soluția a venit dintr-un mecanism descris de biofizicianul Reinhard Lipowsky, de la Institutul Max Planck: proteine atașate de membrană se pot aduna în număr mare într-un singur punct și pot îndoi fizic membrana până când celula se rupe în două, fără niciun schelet. Adamala a adaptat acest principiu la propriile celule și, după mai multe încercări, l-a văzut funcționând sub microscop: celula se alungea, se strangula la mijloc și se separa în două celule-fiice.
Un semn timpuriu de selecție, nu încă evoluție
După ce celulele au reușit să crească, să-și copieze genomul și să se dividă, echipa a mai făcut un experiment: a creat variante ale SpudCell, unele „programate” să producă mai multă proteină de diviziune. De-a lungul a circa cinci generații, variantele care se divideau mai repede au ajuns să domine populația de celule.
Nu e vorba, totuși, de selecție naturală în sensul clasic – variația genetică a fost introdusă artificial de cercetători, nu a apărut din mutații întâmplătoare, pentru că enzima care copiază ADN-ul în SpudCell face treaba prea bine și nu greșește suficient de des. Pentru pasul următor, echipa are nevoie de o enzimă mai puțin precisă, dar nu haotică, undeva la limita dintre ordine și dezordine.
Nu e vie, dar e cea mai aproape de a fi
Cercetători din afara echipei, precum Jack Szostak de la Universitatea din Chicago – fostul coordonator de doctorat al Adalei – sau Sijbren Otto, de la Universitatea din Groningen, au numit rezultatul un pas impresionant către granița dintre chimie și biologie. Alții au vorbit despre o „realizare tehnică uluitoare” care ar putea deveni un moment de referință pentru întregul domeniu al biologiei sintetice.
Rămân, în același timp, limite clare. SpudCell nu poate supraviețui fără livrări constante de hrană și ribozomi, nu are niciun sistem de apărare sau de eliminare a deșeurilor și nu se poate întreține singură pe termen lung. Lucrarea nu a trecut încă prin recenzie de specialitate (peer review) – a fost respinsă inițial de revista Cell, iar echipa a urcat manuscrisul pe serverul de preprinturi bioRxiv abia după ce l-a trimis, sub embargo, direct către jurnaliști, o secvență neobișnuită care a stârnit unele nemulțumiri în comunitatea științifică.
Odată cu publicarea rezultatelor, Adamala și colaboratori din afara universității au lansat Biotic, o organizație non-profit care își propune să pună la dispoziția cercetătorilor din întreaga lume infrastructura și protocoalele necesare pentru a construi și îmbunătăți acest tip de celule sintetice.
SpudCell nu e o formă de viață în sensul propriu al cuvântului, ci mai degrabă dovada că funcțiile fundamentale ale vieții – creșterea, copierea genomului, diviziunea – pot fi reconstruite din chimie pură, fără niciun ingredient „împrumutat” de la o ființă vie. Așa cum a rezumat-o chiar Adamala, dacă o celulă modernă e un avion Dreamliner, SpudCell e un biplan Wright: primul care a reușit, cu greu, să se ridice de la sol.
Surse: Nathaniel J. Gaut, Christopher Deich, Brock Cash, Tanner Hoog, Aaron E. Engelhart, Katarzyna P. Adamala – Departamentul de Genetică, Biologie Celulară și Dezvoltare, Universitatea din Minnesota, SpudCell – Biotic
Yasemin Saplakoglu, For the First Time, a Cell Built From Scratch Grows and Divides – Quanta Magazine
Lasă un răspuns