تیمی از پژوهشگران به رهبری دکتر کیت آدامالا در دانشگاه مینهسوتا موفق به مهندسی یک سلول مصنوعی شدهاند که میتواند مراحل اساسی چرخه حیات سلولی را تقلید کند. این دستاورد پیشرفت قابل توجهی به سوی ساخت سیستمهای زنده به طور کامل از اجزای شیمیایی غیرزنده به شمار میرود.
ساختار SpudCells
این سلولها با استفاده از وزیکولهای میکروسکوپی پر از آب به نام لیپوزوم ساخته شدهاند که هر کدام تنها چند هزارم میلیمتر قطر دارند. این لیپوزومها به یک ژنوم حداقلی DNA مصنوعی مجهز شدهاند که دستورالعملهای ژنتیکی ضروری برای عملکردهای پایه سلولی را فراهم میکند. این سلولهای مصنوعی که SpudCells نامیده شدهاند، از اسپوتنیک، ماهواره شوروی که عصر فضا را در دهه ۱۹۵۰ آغاز کرد، الهام گرفته شدهاند.
به گفته دکتر آدامالا، این نام نماد آغاز یک عصر جدید در زیستشناسی است. همچنین اشارهای طنزآمیز به میراث لهستانی او دارد، زیرا «spud» در زبان انگلیسی عامیانه به معنی سیبزمینی است.
نحوه عملکرد SpudCells
SpudCells در یک محیط مایع غنی از مواد مغذی حاوی ترکیبات بیوشیمیایی ضروری از جمله آدنوزین تریفسفات (ATP)، مولکول مسئول انتقال انرژی سلولی، عمل میکنند. با رشد سلولها، آنها با لیپوزومهای پر از مواد مغذی که آنزیمها، ریبوزومها و دستورالعملهای ژنتیکی اضافی برای سنتز پروتئین، تکثیر ژنوم و تقسیم سلولی را تأمین میکنند، ترکیب میشوند.
آزمایشها همچنین نشان داد که سلولهای حامل صفات ژنتیکی سودمند توانستند در طول رشد بر همتایان خود غلبه کنند، که فرآیندی مشابه انتخاب طبیعی را منعکس میکند.
اهمیت علمی
پژوهشگران معتقدند این پیشرفت علم را به طراحی موجودات مصنوعی سفارشی که قادر به تولید داروها، غذا، سوخت و مواد پیشرفته هستند، نزدیکتر میکند. همچنین ممکن است به پاسخ به یکی از قدیمیترین سوالات زیستشناسی کمک کند: چگونه ماده غیرزنده میتواند به سیستمهای زنده سازمان یابد.
دکتر آدامالا تأکید کرد که اگرچه SpudCells هنوز با پیچیدگی یا کارایی سلولهای طبیعی برابری نمیکند، اما نشان میدهد که رفتارهای بیولوژیکی که زمانی منحصر به موجودات زنده تلقی میشدند، میتوانند از اجزای شیمیایی کاملاً تعریفشده بازسازی شوند. او خاطرنشان کرد که درک عملکرد هر جزء سلولی برای پیشرفت زیستشناسی مصنوعی ضروری است.
برخلاف تلاشهای قبلی، از جمله کار مهم کریگ ونتر در سال ۲۰۱۰ که بر اصلاح سلولهای باکتریایی موجود متکی بود، رویکرد تیم مینهسوتا سیستم را از پایه میسازد. این استراتژی پایینبهبالا به پژوهشگران اجازه میدهد تا نقش هر جزء را درک کنند، به جای تطبیق سلولهای زنده از پیش موجود.
چالشهای پیش رو
با وجود این دستاورد، SpudCells هنوز سلولهای زنده کاملاً خودمختار نیستند. آنها کاملاً به محلول غذایی اطراف خود وابسته هستند و نمیتوانند به طور مستقل تمام پروتئینهای خود را تولید کنند، متابولیسم را تنظیم کنند یا مواد زائد را حذف کنند. آنها همچنین در طول تقسیم با خطاهایی در توزیع کروموزوم مواجه میشوند که بقای آنها را تنها به چند نسل محدود میکند.
برای تسریع پیشرفت، دکتر آدامالا و همکارانش در حال راهاندازی یک ابتکار تحقیقاتی جدید به نام Biotic هستند که هدف آن هماهنگسازی تلاشهای بینالمللی برای توسعه سلولهای مصنوعی پیچیدهتر است. پروفسور درو اندی از دانشگاه استنفورد چشمانداز بلندمدت را ایجاد یک «سیستم عامل برای زندگی» بر اساس ژنها و بیوشیمی توصیف کرده است.
این دستاورد گامی محوری برای زیستشناسی مصنوعی است، زیرا برای اولین بار نشان میدهد که یک سیستم مصنوعی که کاملاً از اجزای شیمیایی مونتاژ شده است، میتواند مراحل اساسی یک چرخه حیات سلولی را بازتولید کند. در حالی که چالشهای فنی عمدهای قبل از تحقق سلولهای مصنوعی کاملاً خودمختار باقی مانده است، این کار بستری قدرتمند برای بررسی هم ریشههای حیات و هم مهندسی آن فراهم میکند.
