Επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Μινεσότα ανακοίνωσαν ότι δημιούργησαν το πρώτο συνθετικό κύτταρο φτιαγμένο εξ ολοκλήρου από το μηδέν, το οποίο κατάφερε να περάσει έναν πλήρη κύκλο «ζωής», φτάνοντας μέχρι την αναπαραγωγή.
Τα κύτταρα, που οι ερευνητές αποκαλούν «SpudCells», θεωρούνται ήδη ορόσημο στη συνθετική βιολογία. Η επικεφαλής της ομάδας, Κέιτ Ανταμάλα, τα περιγράφει πάντως ως «αδύναμα» και «ανήμπορα», καθώς δεν διαθέτουν δικό τους μεταβολισμό και εξαρτώνται σχεδόν πλήρως από ένα ειδικά διαμορφωμένο περιβάλλον για να λειτουργήσουν.
Παρόλα αυτά, τα SpudCells μεγαλώνουν και αναπαράγονται ακολουθώντας οδηγίες που έχουν γραφτεί σε επτά μικρούς βρόχους σχεδιασμένου DNA. Το κρίσιμο στοιχείο είναι ότι ούτε τα ίδια τα κύτταρα ούτε τα επιμέρους συστατικά τους προέρχονται από ζωντανούς προγόνους. Τα σώματα και τα γονιδιώματά τους κατασκευάστηκαν στο εργαστήριο, μόριο προς μόριο.
Ο Τζον Γκλας, πρωτοπόρος στο πεδίο των συνθετικών κυττάρων και ερευνητής στο J. Craig Venter Institute στο Σαν Ντιέγκο, χαρακτήρισε τα SpudCells «ιστορικό γεγονός» για τη βιολογία, αν και σημείωσε ότι η σημασία τους ίσως δεν γίνει αμέσως αντιληπτή από το ευρύ κοινό.
Γιατί είναι τόσο δύσκολο να φτιαχτεί ένα κύτταρο
Ο λόγος είναι ότι, εκ πρώτης όψεως, η δημιουργία κυττάρων δεν μοιάζει δύσκολη. Τα ζωντανά κύτταρα το κάνουν συνεχώς. Ένα βακτήριο μπορεί μέσα σε λίγες ώρες να δώσει εκατομμύρια απογόνους. Εκείνο που δεν έχει καταφέρει μέχρι σήμερα ο άνθρωπος είναι να φτιάξει από την αρχή ένα κύτταρο που να μπορεί να αυτοαναπαράγεται υπό γενετικό έλεγχο.
Προηγούμενες προσπάθειες είχαν ξεκινήσει από ήδη υπάρχοντα κύτταρα. Οι επιστήμονες προσπαθούσαν να αφαιρέσουν ό,τι θεωρούσαν περιττό, κρατώντας μόνο τα απολύτως αναγκαία γονίδια. Με αυτόν τον τρόπο είχαν δημιουργηθεί κύτταρα με πολύ μικρό συνθετικό γονιδίωμα, τα οποία μπορούσαν να αναπαραχθούν.
Το πρόβλημα ήταν ότι αυτά τα κύτταρα δεν είχαν φτιαχτεί πραγματικά από το μηδέν. Βασίζονταν ακόμη σε μια υπάρχουσα βιολογική δομή, ενώ οι ερευνητές δεν γνώριζαν πλήρως τι έκανε κάθε γονίδιο. Ακόμη και σήμερα, δεκάδες από αυτά τα «απαραίτητα» γονίδια παραμένουν σε μεγάλο βαθμό μυστήριο.
Η Κέιτ Ανταμάλα ακολούθησε την αντίθετη διαδρομή. Αντί να πάρει ένα ζωντανό κύτταρο και να το απλοποιήσει, ξεκίνησε με μη ζωντανές μικροσκοπικές φυσαλίδες από λιπαρή μεμβράνη και πρόσθεσε σε αυτές μόνο στοιχεία γνωστής λειτουργίας. Με απλά λόγια, η ομάδα της προσπάθησε να χτίσει ένα κύτταρο κομμάτι κομμάτι, γνωρίζοντας τι κάνει κάθε μέρος του.
Αυτό είναι που κάνει τα SpudCells τόσο σημαντικά. Δεν πρόκειται για ένα ήδη ζωντανό κύτταρο που τροποποιήθηκε, αλλά για ένα σύστημα που σχεδιάστηκε στο εργαστήριο ώστε να μεγαλώνει, να διαιρείται και να μεταβιβάζει τις γενετικές του οδηγίες στην επόμενη «γενιά».
Η αναπαραγωγή τους γίνεται με έναν σχετικά απλό μηχανισμό. Τα SpudCells παράγουν μια πρωτεΐνη που βοηθά την εξωτερική τους μεμβράνη να συγκεντρώνει άλλα μόρια από το περιβάλλον. Όταν συγκεντρωθούν αρκετά, η μικρή φυσαλίδα παραμορφώνεται, διπλώνει και τελικά χωρίζεται στα δύο. Αν και τα δύο νέα κύτταρα πάρουν αντίγραφα των γενετικών οδηγιών, ο κύκλος μπορεί να συνεχιστεί.
Σε προδημοσίευση που δημοσιεύθηκε την 1η Ιουλίου, η Ανταμάλα περιγράφει πώς η ομάδα της κατάφερε να κάνει τα SpudCells να αναπαραχθούν με αυτόν τον τρόπο για πέντε γενιές.
Ζωντανά ή όχι;
Υπάρχει, πάντως, ένα σημαντικό «αλλά». Τα SpudCells δεν είναι πλήρως ζωντανά με την έννοια που είναι ένα βακτήριο ή ένα κύτταρο του ανθρώπινου σώματος. Δεν έχουν δικό τους μεταβολισμό και δεν μπορούν να εξασφαλίσουν μόνα τους όσα χρειάζονται για να επιβιώσουν. Για να μεγαλώσουν, πρέπει να βρίσκονται σε ένα ειδικά προετοιμασμένο περιβάλλον που τους προσφέρει την απαραίτητη «τροφή».
Ακόμη κι έτσι, μπορούν να παρουσιάσουν κάτι που μοιάζει με εξέλιξη. Όσα SpudCells έχουν γενετικές οδηγίες που τα βοηθούν να απορροφούν πιο αποτελεσματικά την «τροφή» τους επικρατούν μετά από μερικές γενιές. Με άλλα λόγια, ακόμη και αυτό το πολύ απλό, τεχνητό σύστημα μπορεί να αρχίσει να αλλάζει με τρόπο που θυμίζει βασικές διαδικασίες της ζωής.
Παρά το επίτευγμα, τα SpudCells παραμένουν εξαιρετικά δύσκολα στην κατασκευή. Η προδημοσίευση της Ανταμάλα, όπως λέει η ίδια, είναι αποτέλεσμα περίπου πέντε «ανθρωπο-ετών» εργασίας στο εργαστήριο. Άλλες ερευνητικές ομάδες έχουν μάθει ορισμένες από τις τεχνικές, αλλά κυρίως μέσα από ανταλλαγές ερευνητών με το εργαστήριο της Μινεσότα.
Για αυτόν τον λόγο, η Ανταμάλα και ορισμένοι συνεργάτες της δημιουργούν έναν μη κερδοσκοπικό ερευνητικό οργανισμό με την ονομασία Biotic. Στόχος είναι να τυποποιηθούν και να αυτοματοποιηθούν οι τεχνικές της συνθετικής κυτταρικής βιολογίας από νωρίς, ώστε περισσότερα εργαστήρια να μπορούν να τις αναπαράγουν και να τις εξελίξουν.
Σήμερα, μεγάλο μέρος της εργαστηριακής βιολογίας εξακολουθεί να βασίζεται σε εξαιρετικά εξειδικευμένες, σχεδόν χειροποίητες διαδικασίες. Για να γίνει μια μέθοδος ευρέως χρήσιμη, χρειάζεται να μετατραπεί σε κάτι πιο σταθερό, επαναλήψιμο και εύκολο στην εφαρμογή.
Μια νέα βάση για τη συνθετική βιολογία
Ο Ντρου Έντι, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ και ένας από τους ιδρυτές του Biotic, περιγράφει την προσπάθεια ως απόπειρα να δημιουργηθεί μια νέα «μηχανική βάση» για τη συνθετική βιολογία. Με άλλα λόγια, ο στόχος δεν είναι μόνο να φτιαχτούν συνθετικά κύτταρα, αλλά να αναπτυχθούν οι μέθοδοι που θα επιτρέψουν σε άλλους να τα σχεδιάζουν, να τα τροποποιούν και να τα βελτιώνουν με μεγαλύτερη ευκολία.
Τα συνθετικά κύτταρα δεν αναμένεται να δώσουν άμεσες λύσεις σε πρακτικά προβλήματα. Ωστόσο, η δυνατότητα σχεδιασμού συστημάτων που συναρμολογούνται μόνα τους και μπορούν να αναπαραχθούν θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση μιας νέας τεχνολογικής επανάστασης.
Οι ιδρυτές του Biotic υποστηρίζουν ότι αυτή η προοπτική πρέπει να διερευνηθεί γρήγορα, αλλά με διαφάνεια και προσοχή στους πιθανούς κινδύνους. Θέλουν να δημιουργηθεί μια ερευνητική κοινότητα που θα αναπτύσσει την τεχνολογία ανοιχτά, αντί να αφήσει το πεδίο να εξελιχθεί αποκλειστικά μέσα από κλειστά εταιρικά ή κρατικά εργαστήρια.
Δεν είναι οι μόνοι που κινούνται προς αυτή την κατεύθυνση. Στην Κίνα, ο ερευνητής Τσενλί Λιου διευθύνει ένα μεγάλο ινστιτούτο συνθετικής βιολογίας στη Σενζέν, με σύνθημα «χτίζουμε για να μαθαίνουμε, χτίζουμε για να χρησιμοποιούμε». Τον Μάιο, ερευνητές από την Κίνα και άλλες ασιατικές χώρες παρουσίασαν το SynCell Asia Initiative, ένα σχέδιο για την ανάπτυξη βασικών «μονάδων» που θα μπορούσαν να ενωθούν σε ένα πραγματικά ζωντανό συνθετικό κύτταρο.
Το όνομα SpudCell ξεκίνησε ως αστείο μέσα στην ομάδα της Ανταμάλα. Οι συνεργάτες της είχαν αρχίσει να αποκαλούν τα κύτταρα «Adamala cells», κάτι που η ίδια δεν ήθελε. Όταν τους είπε να τα ονομάσουν όπως θέλουν, «ακόμη και πατάτα», το όνομα έμεινε.
Ο Έντι, πάντως, βλέπει στο αστείο όνομα έναν πιθανό ιστορικό συμβολισμό. Συγκρίνει τα SpudCells με τον Sputnik, τον πρώτο σοβιετικό δορυφόρο. Ο ίδιος ήταν μικρός και πρακτικά περιορισμένης χρησιμότητας, αλλά σηματοδότησε την έναρξη της διαστημικής κούρσας. Με ανάλογο τρόπο, οι υποστηρικτές της προσπάθειας ελπίζουν ότι τα SpudCells θα αποτελέσουν την αρχή μιας νέας εποχής στη συνθετική βιολογία.
Με πληροφορίες από The Economist
