Cèl·lules mínimes artificials: creant prou vida per a la investigació mèdica

• autor:
• nom de l'autor

  Previsió de Quantumrun
• Desembre 23, 2022

Resum d'informació

Explorant l'essencial de la vida, els científics han anat reduint els genomes per crear cèl·lules mínimes, revelant les funcions bàsiques necessàries per a la vida. Aquests esforços han donat lloc a descobriments i reptes inesperats, com ara les formes irregulars de les cèl·lules, que han provocat un major perfeccionament i comprensió dels elements essencials genètics. Aquesta investigació obre el camí per als avenços en biologia sintètica, amb aplicacions potencials en el desenvolupament de fàrmacs, l'estudi de malalties i la medicina personalitzada.

Context de cèl·lules mínimes artificials

Les cèl·lules mínimes artificials o la minimització del genoma és un enfocament pràctic de biologia sintètica per entendre com les interaccions entre gens essencials donen lloc a processos fisiològics vitals. La minimització del genoma va utilitzar un mètode de disseny, construcció, prova i aprenentatge que es basava en l'avaluació i la combinació de segments genòmics modulars i informació de la mutagènesi de transposons (el procés de transferència de gens d'un host a un altre) per ajudar a guiar les supressions de gens. Aquest mètode va reduir el biaix a l'hora de trobar gens essencials i va donar als científics les eines per canviar, reconstruir i estudiar el genoma i què fa.

L'any 2010, els científics de l'Institut J. Craig Venter (JVCI) dels Estats Units van anunciar que havien eliminat amb èxit l'ADN del bacteri Mycoplasma capricolum i el van substituir per ADN generat per ordinador a partir d'un altre bacteri, Mycoplasma mycoides. L'equip va titular el seu nou organisme JCVI-syn1.0, o "Sintètic", per abreujar-se. Aquest organisme va ser la primera espècie autoreplicant-se a la Terra que consistia en pares informàtics. Va ser creat per ajudar els científics a entendre com funcionava la vida, començant des de les cèl·lules. 

El 2016, l'equip va crear JCVI-syn3.0, un organisme unicel·lular amb menys gens que qualsevol altra forma de vida simple coneguda (només 473 gens en comparació amb els 1.0 gens de JVCI-syn901). Tanmateix, l'organisme va actuar de maneres imprevisibles. En lloc de produir cèl·lules sanes, en va crear unes de forma estranya durant l'autoreplicació. Els científics es van adonar que havien eliminat massa gens de la cèl·lula original, inclosos els responsables de la divisió cel·lular normal. 

Impacte disruptiu

Determinats a trobar un organisme sa amb el menor nombre de gens possibles, els biofísics de l'Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT) i l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST) van remesclar el codi JCVI-syn3.0 el 2021. Van ser capaços de crear un nova variant anomenada JCVI-syn3A. Tot i que aquesta nova cèl·lula només té 500 gens, es comporta més com una cèl·lula normal gràcies al treball dels investigadors. 

Els científics estan treballant per eliminar encara més la cèl·lula. El 2021, un nou organisme sintètic conegut com M. mycoides JCVI-syn3B va evolucionar durant 300 dies, demostrant que pot mutar en diferents circumstàncies. Els bioenginyers també són optimistes que un organisme més racionalitzat pot ajudar els científics a estudiar la vida al seu nivell més bàsic i entendre com avancen les malalties.

El 2022, un equip de científics de la Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign, JVCI i la Technische Universität Dresden, amb seu a Alemanya, van crear un model informàtic de JCVI-syn3A. Aquest model podria predir amb precisió el creixement i l'estructura molecular del seu anàleg de la vida real. A partir del 2022, era el model de cèl·lula sencera més complet que un ordinador ha simulat.

Aquestes simulacions poden proporcionar informació valuosa. Aquestes dades inclouen processos de metabolisme, creixement i informació genètica al llarg d'un cicle cel·lular. L'anàlisi ofereix una visió dels principis de la vida i de com les cèl·lules consumeixen energia, inclòs el transport actiu d'aminoàcids, nucleòtids i ions. A mesura que la investigació cel·lular mínima continua creixent, els científics poden crear millors sistemes de biologia sintètica que es poden utilitzar per desenvolupar fàrmacs, estudiar malalties i descobrir teràpies genètiques.

Implicacions de les cèl·lules mínimes artificials

Les implicacions més àmplies del desenvolupament de cèl·lules mínimes artificials poden incloure: 

• Col·laboracions més globals per crear sistemes de vida depurats però funcionals per a la investigació.
• Augment de l'aprenentatge automàtic i l'ús de models informàtics per mapejar estructures biològiques, com ara cèl·lules sanguínies i proteïnes.
• Biologia sintètica avançada i híbrids màquina-organisme, inclosos els robots body-on-a-chip i vius. Tanmateix, aquests experiments poden rebre queixes ètiques d'alguns científics.
• Algunes empreses biotecnològiques i biofarmacèutiques inverteixen molt en iniciatives de biologia sintètica per accelerar el desenvolupament de medicaments i teràpia.
• Augment de la innovació i els descobriments en l'edició genètica a mesura que els científics aprenen més sobre els gens i com es poden manipular.
• Regulacions millorades en recerca biotecnològica per garantir pràctiques ètiques, salvaguardant tant la integritat científica com la confiança pública.
• Sorgiment de nous programes educatius i formatius centrats en la biologia sintètica i les formes de vida artificials, dotant la propera generació de científics amb habilitats especialitzades.
• Canvi de les estratègies sanitàries cap a la medicina personalitzada, utilitzant cèl·lules artificials i biologia sintètica per a tractaments i diagnòstics a mida.

Preguntes a tenir en compte

• Si treballes en el camp de la biologia sintètica, quins són els altres beneficis de les cèl·lules mínimes?
• Com poden les organitzacions i les institucions treballar juntes per avançar en la biologia sintètica?