Τα συνθετικά κύτταρα δημιουργήθηκαν από χημικές ενώσεις και πιστεύεται ότι είναι τα πρώτα που επιδεικνύουν τον πλήρη κυτταρικό κύκλο ανάπτυξης, γενετικής αναπαραγωγής και διαίρεσης για την δημιουργία της επόμενης γενιάς. Πρόκειται για ένα επίτευγμα που θα μπορούσε να εγκαινιάσει μια εποχή «κατά παραγγελία» οργανισμών που λειτουργούν σαν ζωντανές μηχανές.
Η Κέιτ Ανταμάλα, επιστήμονας στη συνθετική βιολογία και καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, και η ομάδα της κατασκεύασαν το κύτταρο κομμάτι-κομμάτι από μη ζωντανά χημικά συστατικά. Το δημιούργημα αποτελεί ένα περιορισμένο και εύθραυστο πρωτότυπο, αλλά θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τις απαρχές της ζωής και ενδεχομένως να προγραμματιστεί ώστε να συμβάλει στον μετριασμό ορισμένων από τα μεγαλύτερα βιολογικά προβλήματα του κόσμου. Το κύτταρο είναι μη ειδικό –ούτε φυτικό ούτε ζωικό– αλλά μοιάζει περισσότερο με ένα απλό βακτήριο.
«Γνωρίζω την πλήρη λίστα των συστατικών του κυττάρου, ξέρω ακριβώς ποιες χημικές ουσίες, ποια μόρια και σε ποιες συγκεντρώσεις βρίσκονται εκεί», δήλωσε η ίδια. «Είναι πλήρως καθορισμένο, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούμε να το τροποποιήσουμε».
Οι επιστήμονες τροποποιούν βιολογικά τα φυσικά κύτταρα εδώ και δεκαετίες για να λύσουν προβλήματα των ανθρώπων. Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα είναι ο τρόπος με τον οποίο τα ανθρώπινα γονίδια 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 αποτελούν το επόμενο ορόσημο. Θα μπορούσαν ενδεχομένως να οδηγήσουν στην ανάπτυξη νέων θεραπειών για τον καρκίνο και νέων τρόπων δέσμευσης του άνθρακα ή παραγωγής χημικών ουσιών.
Τα κύτταρα είναι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ζωής, αλλά κάθε άλλο παρά απλά είναι. Το ανθρώπινο σώμα διαθέτει 37 τρισεκατομμύρια κύτταρα, αριθμός μεγαλύτερος από τα αστέρια στον ουρανό, και οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην γνωρίζουν πώς λειτουργεί κάθε διαφορετικός κυτταρικός τύπος ή τι ακριβώς περιέχει.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ
Το συνθετικό κύτταρο που κατασκεύασε η Ανταμάλα και οι συνεργάτες της δεν ήταν «ζωή που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο», αλλά ένα «πραγματικό ορόσημο στον δρόμο προς αυτό το ερώτημα», δήλωσε στο CNN ο Γιουβάλ Ελάνι, αναπληρωτής καθηγητής βιοχημικών τεχνολογιών στο Imperial College του Λονδίνου, ο οποίος δεν συμμετείχε στην εργασία.
«Η κατασκευή ενός κυττάρου από το μηδέν σημαίνει ότι δεν δεσμευόμαστε πλέον από τους περιορισμούς και το εξελικτικό φορτίο της φυσικής βιολογίας. Ανοίγει τη δυνατότητα σχεδιασμού συστημάτων και του προγραμματισμού τους ώστε να κάνουν πράγματα που τα ζωντανά κύτταρα μπορεί να μην κάνουν εύκολα ή να μην κάνουν καθόλου», δήλωσε ο Ελάνι.
«Κατά τη γνώμη μου, πρόκειται για μια πραγματική πρόοδο στη μακροχρόνια προσπάθεια να απαντηθεί το αν η χημεία μπορεί να οργανωθεί τόσο πειστικά ώστε να αρχίσουμε να την αποκαλούμε ζωή».
Ο κλάδος της συνθετικής βιολογίας είναι ξεχωριστός από την έρευνα των βλαστοκυττάρων, στην οποία οι επιστήμονες επαναπρογραμματίζουν και χειρίζονται υπάρχοντα κύτταρα που προέρχονται από βιολογικούς πόρους.
Ένας απίστευτα αδύναμος οργανισμός
Η Ανταμάλα ονόμασε το δημιούργημά της «SpudCell», εν μέρει ως αστείο επειδή δεν ήθελε να πάρει το όνομά της. Είναι επίσης ένα λογοπαίγνιο με τον Σπούτνικ (Sputnik), τον ρωσικό δορυφόρο που εγκαινίασε την εποχή του διαστήματος τη δεκαετία του 1950. «Ελπίζουμε ότι ξεκινάμε πραγματικά την αληθινή εποχή της βιοοικονομίας, επιτρέποντας μια τεχνολογία που θα επιτρέψει στους ανθρώπους να τροποποιούν τη βιολογία», δήλωσε.
Την Τετάρτη (01/07), η Ανταμάλα και οι συνεργάτες της δημοσιοποίησαν την επιστημονική εργασία που περιγράφει λεπτομερώς πώς λειτουργεί το SpudCell, αν και η έρευνα δεν έχει δημοσιευθεί σε επιστημονικό περιοδικό με αξιολόγηση από ομοτίμους. Η Ανταμάλα δήλωσε ότι θα υποβληθεί για δημοσίευση αυτή την εβδομάδα. Μαζί με δύο άλλους επιστήμονες, τους Ντρου Έντι και Γιαν Γιέντρισεκ, και τον επιχειρηματία βιοτεχνολογίας Κρις Ράτζιο, η Ανταμάλα ίδρυσε έναν κοινωφελή οργανισμό με την ονομασία Biotic, ο οποίος ελπίζει να εξελίξει 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 περίπλοκο από ένα βιολογικό κύτταρο που περιέχει εκατομμύρια, αν όχι δισεκατομμύρια, μόρια.
Η Ανταμάλα περιέγραψε το SpudCell ως «έναν απίστευτα αδύναμο οργανισμό που αυτή 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 βακτήριο E. coli διαιρείται κάθε 30 λεπτά.
Το γονιδίωμα του συνθετικού κυττάρου είναι πολύ μικρότερο από εκείνο ενός φυσικού κυττάρου, με 90.000 ζεύγη βάσεων. (Το γονιδίωμα του E. coli έχει 4,6 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων). Αν και μπορεί να αναπαραχθεί όπως ένα φυσικό κύτταρο, το συνθετικό κύτταρο επιστρατεύει έναν διαφορετικό μηχανισμό. Ένα φυσικό κύτταρο χρησιμοποιεί έναν κυτταρικό σκελετό, ένα δομικό πλαίσιο που λείπει από το SpudCell. Το συνθετικό κύτταρο, αντίθετα, παράγει πρωτεΐνες, οι οποίες συνωστίζονται στη μεμβράνη, αναγκάζοντάς την να διασπαστεί.
Το SpudCell αδυνατεί επίσης να κατασκευάσει τα δικά του ριβοσώματα, βασικά μέρη ενός φυσικού κυττάρου που παράγουν πρωτεΐνες. Αντίθετα, χρησιμοποιεί ριβοσώματα E. coli που του παρέχονται μέσω της τροφής.
«Είναι μόνο η αρχή», δήλωσε η Ανταμάλα. «Είναι ένα πλαίσιο πάνω στο οποίο ελπίζουμε να χτίσουμε, και αυτό είναι σημαντικό, επειδή τώρα μπορούμε να έχουμε μια λογική ιδέα για το πώς να χτίσουμε πάνω σε αυτό».
Ο Ελάνι δήλωσε ότι το συνθετικό κύτταρο δεν μιμείται ακριβώς ένα φυσικό κύτταρο – αλλά αυτό δεν είναι απαραίτητα ελάττωμα. «Ορισμένες από αυτές τις συμπεριφορές που μοιάζουν με τη ζωή επιτυγχάνονται με μηχανισμούς αρκετά διαφορετικούς από εκείνους που χρησιμοποιούνται στη βιολογία», δήλωσε. «Αυτό έχει σημασία, διότι η συνθετική βιολογία δεν αφορά πάντα την μίμηση. Μερικές φορές μας επιτρέπει να κάνουμε πράγματα διαφορετικά και να παίρνουμε συντομεύσεις».
Άλλοι επιστήμονες που δεν συμμετείχαν στην έρευνα περιέγραψαν το έργο ως μια συναρπαστική εξέλιξη. Το SpudCell γεφυρώνει τη γραμμή μεταξύ μιας «στοίβας χημικών ουσιών και ενός φυσικά εξελιγμένου κυττάρου στη φύση», δήλωσε η Ελίζαμπεθ Στριτσάλσκι, 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 μηχανικής συνθετικού γονιδιώματος στο Imperial College του Λονδίνου, περιέγραψε το κύτταρο ως «πιθανώς το μεγαλύτερο επίτευγμα των τελευταίων ετών στον τομέα των συνθετικών κυττάρων».
«Η δημιουργία ενός συνθετικού κυττάρου μάς βοηθά να κατανοήσουμε τις ακριβείς ελάχιστες απαιτήσεις για τη ζωή και πώς η ζωή μπορεί να προέκυψε από τη χημεία – αυτό είναι ένα εξαιρετικό πράγμα που προσπαθούμε να κατανοήσουμε», δήλωσε ο Έλις.
Είναι ζωή;
Ένα βασικό επίτευγμα της εργασίας τους, δήλωσαν οι ερευνητές, ήταν η απόδειξη ότι τα συνθετικά κύτταρα υπόκεινται στις δυνάμεις της επιλογής, της διαδικασίας δηλαδή 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 μετέφεραν αναπτύχθηκαν και διαιρέθηκαν 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 μπορεί το SpudCell να θεωρηθεί πραγματικά ζωή, δήλωσε ο Έντι, αναπληρωτής καθηγητής βιομηχανικής στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ. Ο Έντι δεν συμμετείχε στην έρευνα της Ανταμάλα, αλλά είναι συνιδρυτής της Biotic.
«Δεν κατανοούμε πλήρως τη ζωή – κάθε άλλο. Δεν έχουμε μια παντοδύναμη ικανότητα να χειριζόμαστε την ύλη για να φτιάχνουμε πράγματα. Θα έλεγα ότι η Κέιτ κατασκεύασε ένα κύτταρο. Δεν νομίζω ότι δημιούργησε ζωή», δήλωσε ο Έντι, σημειώνοντας ότι ενώ οι φυσικοί εξακολουθούν να μην κατανοούν πλήρως τα μυστήρια της βαρύτητας, οι μηχανικοί μπορούν παρ’ όλα αυτά να χτίζουν γέφυρες.
Στην τρέχουσα μορφή του, είπε, το SpudCell δεν εγκυμονεί κινδύνους 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. Έχει μηδενική ικανότητα να αναπαραχθεί έξω από αυτό το πλαίσιο», πρόσθεσε.
«Ωστόσο, υπόσχεται ένα μέλλον όπου περισσότεροι άνθρωποι θα μπορούν να κατασκευάζουν κύτταρα; Ναι. Υπάρχουν πιθανές ανησυχίες για την ασφάλεια γύρω από αυτό; Ναι. Πρέπει να τις διαχειριστούμε σωστά; Ναι», δήλωσε ο ίδιος.
Η Ανταμάλα και ο Έντι σημείωσαν ότι επειδή το SpudCell μπορεί να κατασκευαστεί από τη βάση προς τα πάνω, θα είναι δυνατόν να σχεδιαστούν δικλείδες ασφαλείας στο γονιδίωμα του κυττάρου που θα εμπόδιζαν το κύτταρο να αποτελέσει κίνδυνο για την ασφάλεια σε περίπτωση που απελευθερωθεί στο περιβάλλον. Επιπλέον, είπαν, υπάρχουν πολύ πιο εύκολοι τρόποι για να κατασκευάσει κάποιος κακόβουλος έναν παθογόνο οργανισμό.
Οι επιστήμονες έχουν επίσης προειδοποιήσει για την πιθανή δημιουργία «κατοπτρικών βακτηρίων» – συνθετικών οργανισμών στους οποίους η μοριακή δομή που απαντάται στη φύση είναι αντεστραμμένη. Τα μόρια σε ένα κατοπτρικό κύτταρο θα αντικαθίσταντο από κατοπτρικές εκδοχές, γεγονός που θα μπορούσε να θέσει τους ανθρώπους, τα ζώα και τα φυτά σε κίνδυνο έκθεσης σε επικίνδυνα παθογόνα.
Ροή Ειδήσεων 
