Stanice s potpuno umjetnim sintetiziranim Genom su prvi put prijavljeni 2010. iz kojih minimalistički Genom stanica je izvedena da pokazao abnormalnu morfologiju pri diobi stanica. Nedavno dodavanje grupe gena ovoj minimalističkoj stanici obnovilo je normalnu staničnu diobu
Stanice su osnovne strukturne i funkcionalne jedinice života, teorija koju su predložili Schleiden i Schwann 1839. Od tada su znanstvenici bili zainteresirani za razumijevanje staničnih funkcija pokušavajući u potpunosti dešifrirati genetski kod kako bi razumjeli kako stanica raste i dijeli se do daju više stanica slične vrste. S pojavom DNA sekvenciranja, bilo je moguće dekodirati slijed Genom čime se pokušava razumjeti stanične procese kako bi se shvatila osnova života. Godine 1984. Morowitz je predložio proučavanje mikoplazme, najjednostavnije stanice sposoban za autonomni rast, za razumijevanje osnovnih načela života.
Od tada je učinjeno nekoliko pokušaja smanjenja Genom veličinu na minimalistički broj čime nastaje stanica koja je sposobna obavljati sve osnovne stanične funkcije. Pokusi su prvi doveli do kemijske sinteze Mycoplasma mycoides Genom od 1079 Kb u 2010. godini i nazvan je kao JCVI-syn1.0. Daljnja brisanja koja su u JCVI-syn1.0 napravili Hutchinson III et al. (1) doveo je do JCVI-syn3.0 2016. koji je imao a Genom veličine 531 Kb s 473 gena i imao je vrijeme udvostručenja od 180 minuta, iako je imao abnormalnu morfologiju nakon stanične diobe. Još uvijek ima 149 gena s nepoznatim biološkim funkcijama, što ukazuje na prisutnost još neotkrivenih elemenata koji su bitni za život. Međutim, JCVI-syn3.0 pruža platformu za istraživanje i razumijevanje životnih funkcija primjenom načela cjelovitogGenom dizajn.
Nedavno, 29. ožujka 2021., Pelletier i kolege (2) upotrijebili su JCVI syn3.0 za razumijevanje gena potrebnih za staničnu diobu i morfologiju uvođenjem 19 gena u Genom od JCVI syn3.0, stvarajući JCVI syn3.0A koji ima morfologiju sličnu JCVI syn1.0. pri diobi stanica. 7 od ovih 19 gena uključuje dva poznata gena za stanične diobe i 4 gena koji kodiraju proteine povezane s membranom nepoznate funkcije, koji su zajedno obnovili fenotip sličan onom JCVI-syn1.0. Ovaj rezultat ukazuje na poligenu prirodu stanične diobe i morfologije u genomski minimalnoj stanici.
S obzirom na činjenicu da je JCVI syn3.0 sposoban preživjeti i razmnožavati se na temelju svog minimalističkog Genom, može se koristiti kao model organizma za stvaranje različitih vrsta stanica koje imaju različite funkcije koje mogu biti korisne za ljude i okoliš. Na primjer, mogu se uvesti geni koji dovode do otapanja plastike tako da se stvoreni novi organizam može koristiti za razgradnju plastike na biološki način. Slično tome, jednom se može zamisliti dodavanje gena koji se odnose na fotosintezu u JCVI syn3.0 što ga čini pogodnim za korištenje ugljičnog dioksida iz atmosfere čime se smanjuju njegove razine i pomaže u smanjenju globalnog zatopljenja, glavnog klimatskog problema s kojim se čovječanstvo suočava. Međutim, s takvim pokusima treba postupati s najvećim oprezom kako bismo osigurali da ne pustimo superorganizam u okoliš koji je teško kontrolirati nakon što se pusti.
Unatoč tome, ideja o postojanju stanice s minimalističkim genomom i njezinom biološkom manipulacijom može dovesti do stvaranja različitih tipova stanica s različitim funkcijama sposobnih za rješavanje glavnih problema s kojima se čovječanstvo suočava i njegov konačni opstanak. Međutim, postoji razlika između stvaranja potpuno sintetičke stanice i stvaranja funkcionalno sintetičke Genom. Idealna potpuno sintetička umjetna stanica sastojala bi se od sintetiziranog Genom zajedno sa sintetiziranim citoplazmatskim komponentama, pothvat koji bi znanstvenici voljeli postići prije nego kasnije u nadolazećim godinama kako tehnološki napredak dosegne svoj vrhunac.
Nedavni razvoj mogao bi biti odskočna daska prema stvaranju potpuno sintetičke stanice koja je sposobna za rast i diobu.
***
Reference:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Dizajn i sinteza minimalne bakterijske Genom. Znanost 25 ožujak 2016.: sv. 351, broj 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Genetski zahtjevi za diobu stanice u genomski minimalnoj stanici. stanica. Objavljeno: 29. ožujka 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
