Учените имат за цел да създадат възможно най-функционалните минимални клетъчни платформи. Тези системи са основните градивни елементи на синтетичната биология и позволяват на изследователите да изучават поведението на клетките и гените и развитието на болестта.
Контекст на изкуствени минимални клетки
Изкуствените минимални клетки или минимизирането на генома е практичен подход на синтетична биология за разбиране как взаимодействията между основните гени пораждат жизненоважни физиологични процеси. Минимизирането на генома използва метод за проектиране-изграждане-тест-обучение, който разчита на оценката и комбинацията от модулни геномни сегменти и информация от транспозонна мутагенеза (процес на прехвърляне на гени от един гостоприемник на друг), за да помогне за насочване на генните заличавания. Този метод намали пристрастията при намирането на основни гени и даде на учените инструменти за промяна, възстановяване и изучаване на генома и какво прави той.
През 2010 г. учени от базирания в САЩ J. Craig Venter Institute (JVCI) обявиха, че успешно са елиминирали ДНК на бактерията Mycoplasma capricolum и са я заменили с компютърно генерирана ДНК, базирана на друга бактерия, Mycoplasma mycoides. Екипът озаглави новия си организъм JCVI-syn1.0 или накратко „Синтетичен“. Този организъм е първият самовъзпроизвеждащ се вид на Земята, който се състои от компютърни родители. Създаден е, за да помогне на учените да разберат как функционира животът, като се започне от клетките нагоре.
През 2016 г. екипът създаде JCVI-syn3.0, едноклетъчен организъм с по-малко гени от всяка друга известна форма на обикновен живот (само 473 гена в сравнение с 1.0 гена на JVCI-syn901). Организмът обаче е действал по непредвидими начини. Вместо да произвежда здрави клетки, той създава такива със странна форма по време на самовъзпроизвеждане. Учените разбраха, че са премахнали твърде много гени от оригиналната клетка, включително тези, отговорни за нормалното клетъчно делене.
Разрушително въздействие
Решени да намерят здрав организъм с възможно най-малко гени, биофизици от Масачузетския технологичен институт (MIT) и Националния институт по стандарти и технологии (NIST) ремиксираха кода JCVI-syn3.0 през 2021 г. Те успяха да създадат нов вариант, наречен JCVI-syn3A. Въпреки че тази нова клетка има само 500 гена, тя се държи по-скоро като обикновена клетка благодарение на работата на изследователите.
Учените работят, за да съкратят клетката още повече. През 2021 г. нов синтетичен организъм, известен като M. mycoides JCVI-syn3B, еволюира в продължение на 300 дни, демонстрирайки, че може да мутира при различни обстоятелства. Биоинженерите също са оптимисти, че един по-рационализиран организъм може да помогне на учените да изучават живота на най-основното му ниво и да разберат как се развиват болестите.
През 2022 г. екип от учени от Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн, JVCI и базирания в Германия Technische Universität Dresden създадоха компютърен модел на JCVI-syn3A. Този модел може точно да предскаже растежа и молекулярната структура на неговия реален аналог. Към 2022 г. това беше най-пълният модел на цяла клетка, който компютър е симулирал.
Тези симулации могат да предоставят ценна информация. Тези данни включват процеси на метаболизма, растежа и генетичната информация през клетъчния цикъл. Анализът предлага представа за принципите на живота и как клетките консумират енергия, включително активния транспорт на аминокиселини, нуклеотиди и йони. Тъй като минималните клетъчни изследвания продължават да растат, учените могат да създадат по-добри синтетични биологични системи, които могат да се използват за разработване на лекарства, изследване на болести и откриване на генетични терапии.
Последици от изкуствени минимални клетки
По-широките последици от развитието на изкуствени минимални клетки могат да включват:
- Повече глобални сътрудничества за създаване на съкратени, но функциониращи жизнени системи за изследване.
- Увеличено използване на машинно обучение и компютърно моделиране за картографиране на биологични структури, като кръвни клетки и протеини.
- Усъвършенствана синтетична биология и хибриди машина-организъм, включително тяло върху чип и живи роботи. Тези експерименти обаче може да получат етични оплаквания от някои учени.
- Някои биотехнологични и биофармацевтични фирми инвестират сериозно в инициативи за синтетична биология, за да ускорят развитието на лекарства и терапии.
- Повишени иновации и открития в генетичното редактиране, тъй като учените научават повече за гените и как те могат да бъдат манипулирани.
Въпроси за коментар
- Ако работите в областта на синтетичната биология, какви са другите предимства на минималните клетки?
- Как организациите и институциите могат да работят заедно за напредък на синтетичната биология?
