Επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι δημιούργησαν για πρώτη φορά ένα κύτταρο από το μηδέν που μπορεί να τρέφεται, να αναπτύσσεται και να αναπαράγεται όπως ένα φυσικό κύτταρο. Αυτή η σημαντική πρόοδος στη συνθετική βιολογία θα μπορούσε να εγκαινιάσει μια εποχή οργανισμών κατασκευασμένων κατά παραγγελία που λειτουργούν σαν ζωντανές μηχανές.
Η Κέιτ Ανταμάλα, συνθετική βιολόγος και καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, και η ομάδα της κατασκεύασαν το κύτταρο κομμάτι-κομμάτι από μη ζωντανά χημικά συστατικά. Η δημιουργία είναι ένα περιορισμένο και εύθραυστο πρωτότυπο, αλλά θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την προέλευση της ζωής και ενδεχομένως να προγραμματιστεί ώστε να βοηθήσει στον μετριασμό μερικών από τα μεγαλύτερα βιολογικά προβλήματα του κόσμου. Το κύτταρο είναι μη εξειδικευμένο — ούτε φυτικό, ούτε ζωικό — αλλά μοιάζει περισσότερο με ένα απλό βακτήριο.
«Γνωρίζω την πλήρη λίστα των συστατικών του κυττάρου, γνωρίζω ακριβώς ποιες χημικές ουσίες, ποια μόρια σε ποιες συγκεντρώσεις», δήλωσε. «Είναι πλήρως καθορισμένο, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούμε να το σχεδιάσουμε».
Εδώ και δεκαετίες, οι επιστήμονες τροποποιούν βιολογικά φυσικά κύτταρα για να λύσουν ανθρώπινα προβλήματα. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο τρόπος με τον οποίο τα γονίδια της ανθρώπινης ινσουλίνης μπορούν να εισαχθούν σε βακτηριακά κύτταρα E. coli για την παραγωγή ινσουλίνης και τη θεραπεία του διαβήτη. Οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι τα συνθετικά κύτταρα είναι το επόμενο σύνορο· θα μπορούσαν ενδεχομένως να οδηγήσουν στην ανάπτυξη νέων θεραπειών για τον καρκίνο και νέων τρόπων δέσμευσης άνθρακα ή παρασκευής χημικών ουσιών.
Τα κύτταρα είναι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ζωής, αλλά απέχουν πολύ από το να είναι απλά. Το ανθρώπινο σώμα έχει 37 τρισεκατομμύρια κύτταρα, περισσότερα από τον αριθμό των άστρων στον ουρανό, και οι επιστήμονες ακόμα δεν γνωρίζουν πώς λειτουργεί κάθε διαφορετικός τύπος κυττάρου ή τι ακριβώς περιέχουν.
Το συνθετικό κύτταρο που κατασκεύασαν η Ανταμάλα και οι συνάδελφοί της δεν ήταν «ζωή που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο», αλλά ένα «πραγματικό ορόσημο στην πορεία προς αυτό το ερώτημα», δήλωσε ο Γιουβάλ Ελάνι, αναπληρωτής καθηγητής βιοχημικών τεχνολογιών στο Imperial College του Λονδίνου, ο οποίος δεν συμμετείχε στην εργασία.
«Το να χτίζεις ένα κύτταρο από το μηδέν σημαίνει ότι δεν είσαι πλέον δεσμευμένος από τους περιορισμούς και το εξελικτικό φορτίο της φυσικής βιολογίας. Ανοίγει τη δυνατότητα σχεδιασμού συστημάτων και προγραμματισμού τους να κάνουν πράγματα που τα ζωντανά κύτταρα μπορεί να μην κάνουν εύκολα, ή μπορεί να μην κάνουν καθόλου», δήλωσε ο Ελάνι.
«Κατά τη γνώμη μου, αυτή είναι μια πραγματική πρόοδος στη μακροχρόνια προσπάθεια να διερευνηθεί εάν η χημεία μπορεί να οργανωθεί τόσο πειστικά ώστε να αρχίσουμε να την αποκαλούμε ζωή.»
Ο τομέας της συνθετικής βιολογίας είναι διαφορετικός από την έρευνα με βλαστοκύτταρα, όπου οι επιστήμονες επαναπρογραμματίζουν και χειρίζονται υπάρχοντα κύτταρα που προέρχονται από βιολογικούς πόρους.
Η Ανταμάλα ονόμασε τη δημιουργία της «SpudCell», εν μέρει ως αστείο επειδή δεν ήθελε να πάρει το όνομά της. Είναι επίσης ένα λογοπαίγνιο με το Sputnik, τον ρωσικό δορυφόρο που εγκαινίασε την εποχή του διαστήματος τη δεκαετία του 1950.
«Ελπίζουμε ότι ξεκινάμε πραγματικά την πραγματική εποχή της βιοοικονομίας, μιας τεχνολογίας που θα επιτρέψει στους ανθρώπους να σχεδιάζουν τη βιολογία», δήλωσε.
Την Τετάρτη, η Ανταμάλα και οι συνάδελφοί της δημοσιοποίησαν την επιστημονική εργασία που περιγράφει λεπτομερώς πώς λειτουργεί το SpudCell, αν και η έρευνα δεν έχει ακόμη δημοσιευθεί σε επιστημονικό περιοδικό με κριτές. Η Ανταμάλα δήλωσε ότι θα υποβληθεί προς δημοσίευση αυτή την εβδομάδα. Μαζί με δύο άλλους επιστήμονες, τους Ντρου Έντι και Γιαν Γιεντρζίσεκ, και τον επιχειρηματία βιοτεχνολογίας Κρις Ράτζιο, η Ανταμάλα ίδρυσε έναν οργανισμό δημοσίου συμφέροντος που ονομάζεται Biotic, ο οποίος ελπίζει να προωθήσει τις δυνατότητες του συνθετικού κυττάρου καθιστώντας το διαθέσιμο σε άλλους ερευνητές.
Αποτελούμενο από 150 έως 200 μόρια, το SpudCell τρέφεται, αναπτύσσεται και αναπαράγεται για περίπου πέντε γενιές, σύμφωνα με την Ανταμάλα. Είναι πολύ λιγότερο πολύπλοκο από ένα βιολογικό κύτταρο που περιέχει εκατομμύρια, αν όχι δισεκατομμύρια, μόρια.
Το SpudCell μοιάζει με ένα φυσικό κύτταρο, αλλά δεν είναι πανομοιότυπο με τα κύτταρα που απαντώνται στη φύση (Orion Venero/Adamala Lab)
Η Ανταμάλα περιέγραψε το SpudCell ως «έναν απίστευτα αδύναμο οργανισμό που αυτήν τη στιγμή βασικά δεν κάνει τίποτα άλλο από το να τρώει και περιστασιακά να δημιουργεί ένα θυγατρικό κύτταρο». Κάθε γενιά απαιτεί τροφή και χρειάζεται περίπου 12 ώρες για να αναπαραχθεί σε θερμοκρασία 30 βαθμών Κελσίου. Συγκριτικά, το E. coli διαιρείται κάθε 30 λεπτά.
Το γονιδίωμα του συνθετικού κυττάρου είναι πολύ μικρότερο από αυτό ενός φυσικού κυττάρου, με 90.000 ζεύγη βάσεων. (Το γονιδίωμα του E. coli έχει 4,6 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων.) Ενώ μπορεί να αναπαραχθεί σαν ένα φυσικό κύτταρο, το συνθετικό κύτταρο χρησιμοποιεί έναν διαφορετικό μηχανισμό. Ένα φυσικό κύτταρο χρησιμοποιεί έναν κυτταροσκελετό, ένα δομικό πλαίσιο που το SpudCell δεν έχει. Το συνθετικό κύτταρο, αντίθετα, παράγει πρωτεΐνες, οι οποίες συσσωρεύονται στη μεμβράνη, αναγκάζοντάς την να διασπαστεί.
Το SpudCell επίσης δεν μπορεί να φτιάξει τα δικά του ριβοσώματα, βασικά μέρη ενός φυσικού κυττάρου που παράγουν πρωτεΐνες. Αντίθετα, χρησιμοποιεί ριβοσώματα E. coli που παρέχονται μέσω της τροφής.
«Είναι μόνο η αρχή», δήλωσε η Ανταμάλα. «Είναι ένα σασί στο οποίο ελπίζουμε να βασιστούμε, και αυτό είναι σημαντικό, γιατί τώρα μπορούμε να έχουμε μια λογική ιδέα για το πώς να το χτίσουμε περαιτέρω.»
Ο Ελάνι δήλωσε ότι το συνθετικό κύτταρο δεν μιμείται ακριβώς ένα φυσικό κύτταρο — αλλά αυτό δεν είναι απαραίτητα ελάττωμα. «Μερικές από αυτές τις συμπεριφορές που μοιάζουν με ζωή επιτυγχάνονται με μηχανισμούς αρκετά διαφορετικούς από αυτούς που χρησιμοποιούνται στη βιολογία», είπε μέσω email. «Αυτό έχει σημασία, επειδή η συνθετική βιολογία δεν αφορά πάντα τη μίμηση. Μερικές φορές μας επιτρέπει να κάνουμε τα πράγματα διαφορετικά και να κάνουμε συντομεύσεις.»
Άλλοι επιστήμονες που δεν συμμετείχαν στην έρευνα περιέγραψαν το έργο ως μια συναρπαστική εξέλιξη. Το SpudCell βρίσκεται στη γραμμή μεταξύ ενός «σωρού χημικών ουσιών και ενός φυσικά εξελιγμένου κυττάρου στη φύση», δήλωσε η Ελίζαμπεθ Στριχάλσκι, επικεφαλής ομάδας στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ. Χαρακτήρισε την έρευνα «σημαντική και εντυπωσιακή», λέγοντας ότι θα είναι «εξαιρετικά χρήσιμη».
Ο Τομ Έλις, καθηγητής συνθετικής μηχανικής γονιδιώματος στο Imperial College του Λονδίνου, χαρακτήρισε το κύτταρο ως «πιθανώς τη μεγαλύτερη ανακάλυψη των τελευταίων χρόνων στον τομέα των συνθετικών κυττάρων».
«Η δημιουργία ενός συνθετικού κυττάρου μας βοηθά να κατανοήσουμε τις ακριβείς ελάχιστες απαιτήσεις για τη ζωή και πώς η ζωή μπορεί να προέκυψε από τη χημεία — αυτό είναι ένα συναρπαστικό πράγμα να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε», δήλωσε ο Έλις μέσω email.
Ο Τσενλιού Λιου, διακεκριμένος καθηγητής στα Ινστιτούτα Προηγμένης Τεχνολογίας του Σενζέν και ιδρυτικός διευθυντής του Κρατικού Βασικού Εργαστηρίου Ποσοτικής Συνθετικής Βιολογίας της Κίνας, δήλωσε ότι η έρευνα συνθετικών κυττάρων είναι ένα συναρπαστικό και ταχέως εξελισσόμενο πεδίο, αλλά δεν ήταν δυνατό να δοθεί μια ουσιαστική αξιολόγηση του έργου πριν από τη δημοσίευσή του σε επιστημονικό περιοδικό με κριτές.
Ένα βασικό επίτευγμα της εργασίας τους, ανέφεραν οι ερευνητές, ήταν ότι έδειξαν ότι τα συνθετικά κύτταρα υπόκεινται στις δυνάμεις της επιλογής, τη διαδικασία με την οποία ορισμένα χαρακτηριστικά γίνονται περισσότερο ή λιγότερο κοινά. Όταν εισήγαγαν μια γενετική αλλαγή που αύξανε την παραγωγή μιας πρωτεΐνης ανάπτυξης, τα κύτταρα που τη φέρουν αναπτύσσονταν και διαιρούνταν ταχύτερα. Ωστόσο, επειδή αυτή η αλλαγή εισήχθη στο σύστημα αντί να προκύψει ως αυθόρμητη γενετική μετάλλαξη, δεν μπορεί να ειπωθεί ότι το SpudCell «εξελίσσεται».
Ούτε το SpudCell μπορεί πραγματικά να θεωρηθεί ζωή, δήλωσε ο Έντι, αναπληρωτής καθηγητής βιομηχανικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ. Ο Έντι δεν συμμετείχε στην έρευνα της Ανταμάλα αλλά είναι συνιδρυτής της Biotic.
«Δεν κατανοούμε πλήρως τη ζωή — απέχουμε πολύ από αυτό. Δεν έχουμε μια πανίσχυρη ικανότητα να χειριζόμαστε την ύλη για να δημιουργούμε πράγματα. Θα έλεγα ότι η Κέιτ κατασκεύασε ένα κύτταρο. Δεν πιστεύω ότι δημιούργησε ζωή», δήλωσε ο Έντι, σημειώνοντας ότι ενώ οι φυσικοί εξακολουθούν να μην κατανοούν πλήρως τα μυστήρια της βαρύτητας, οι μηχανικοί μπορούν ωστόσο να κατασκευάζουν γέφυρες.
Στην τρέχουσα μορφή του, είπε, το SpudCell δεν ενέχει κανέναν κίνδυνο βιοασφάλειας και δεν θα μπορούσε, για παράδειγμα, να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή βιολογικού όπλου. «Μπορεί να διαιρεθεί μόνο αν του παρέχεις τα πάντα, συμπεριλαμβανομένων των ριβοσωμάτων. Δεν έχει καμία ικανότητα να αναπαραχθεί εκτός αυτού του πλαισίου», πρόσθεσε.
«Ωστόσο, υπόσχεται ένα μέλλον όπου περισσότεροι άνθρωποι θα μπορούν να κατασκευάζουν κύτταρα; Ναι. Υπάρχουν πιθανές ανησυχίες για την ασφάλεια σχετικά με αυτό; Ναι. Πρέπει να τις διαχειριστούμε καλά; Ναι», δήλωσε.
Η Ανταμάλα και ο Έντι σημείωσαν ότι επειδή το SpudCell μπορεί να κατασκευαστεί από την αρχή, θα είναι δυνατό να σχεδιαστούν διασφαλίσεις στο γονιδίωμα του κυττάρου που θα εμπόδιζαν το κύτταρο να θέτει κινδύνους για την ασφάλεια εάν απελευθερωθεί σε ένα περιβάλλον. Επιπλέον, είπαν, υπάρχουν πολύ πιο εύκολοι τρόποι για κακόβουλους δράστες να δημιουργήσουν ένα παθογόνο.
Οι επιστήμονες έχουν επίσης προειδοποιήσει για την πιθανή δημιουργία «κατοπτρικών βακτηρίων» — συνθετικών οργανισμών στους οποίους η μοριακή δομή που βρίσκεται στη φύση αντιστρέφεται. Τα μόρια σε ένα κατοπτρικό κύτταρο θα αντικαθίσταντο με εκδόσεις κατοπτρικού ειδώλου που θα μπορούσαν να θέσουν τους ανθρώπους, τα ζώα και τα φυτά σε κίνδυνο έκθεσης σε επικίνδυνα παθογόνα.
Μέσω της Biotic, η οποία θα χορηγεί άδειες για την βασική τεχνολογία, ο Έντι και η Ανταμάλα δήλωσαν ότι ελπίζουν ότι το SpudCell θα γίνει ένα κοινό παγκόσμιο πρότυπο για τη συνθετική βιολογία των κυττάρων, λειτουργώντας σαν ένα λειτουργικό σύστημα ανοιχτού κώδικα όπως το Linux.
Η Λόρι Ζόλοθ, καθηγήτρια θρησκείας και ηθικής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, δήλωσε ότι η ίδρυση της Biotic μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση ορισμένων ηθικών ζητημάτων που προκύπτουν όταν εισάγεται μια νέα τεχνολογία: Ποιος ωφελείται; Ποιος αποφασίζει τη χρήση της; Ποιος θέτει τους περιορισμούς;
«Θα πρέπει να δούμε πώς θα αντέξει στην αρχική, ιδεαλιστική της μορφή», δήλωσε η Ζόλοθ. «Ελπίζω να αντέξει.»
Ο Έλις του Imperial College του Λονδίνου δήλωσε ότι ένα τυποποιημένο, κοινόχρηστο πλαίσιο ανοιχτού κώδικα θα βοηθούσε τους επιστήμονες να χτίζουν πάνω στη δουλειά των άλλων πιο γρήγορα. «Ωστόσο, δεν είμαι σίγουρος ότι η εργασία σε αυτή τη δημοσίευση είναι κάτι που όλοι οι άλλοι στον κόσμο θα θέλουν να ακολουθήσουν», είπε.
«Ένα συνθετικό κύτταρο είναι ένας κοινός στόχος για πολλές ομάδες σε όλο τον κόσμο, αλλά ο τρόπος που το προσεγγίζουν και ο τρόπος που ορίζουν την επιτυχία διαφέρει πολύ.»
Η Ανταμάλα δήλωσε ότι ο στόχος είναι η βασική τεχνολογία SpudCell να παραμείνει ανοιχτή σε οποιονδήποτε θέλει να εργαστεί πάνω της, προσθέτοντας ότι οι ακαδημαϊκοί ή οι μη κερδοσκοπικοί οργανισμοί θα μπορούν να τη χρησιμοποιούν δωρεάν, ενώ θα υπάρχουν τέλη αδειοδότησης για εμπορική χρήση.
«Αυτή τη στιγμή, το SpudCell δεν μπορεί να φτιάξει τίποτα χρήσιμο, δεν είναι αρκετά αποδοτικό», είπε. «Αυτό που με ενθουσιάζει είναι ότι συγκεντρώνουμε τη διεθνή κοινότητα για να επιταχύνουμε την ανάπτυξή του ώστε να γίνει χρήσιμο.»
Πηγή: CNN