תאים מינימליים מלאכותיים: יצירת מספיק חיים למחקר רפואי

• מְחַבֵּר:
• שם היוצר

  Quantumrun Foresight
• דצמבר 23, 2022

סיכום תובנה

תוך בחינת יסודות החיים, מדענים צמצמו את הגנום ליצירת תאים מינימליים, וחשפו את תפקודי הליבה הנחוצים לחיים. מאמצים אלה הובילו לגילויים ואתגרים בלתי צפויים, כגון צורות תאים לא סדירות, מה שגרם לשיפור נוסף והבנה של יסודות גנטיים. מחקר זה סולל את הדרך להתקדמות בביולוגיה סינתטית, עם יישומים פוטנציאליים בפיתוח תרופות, חקר מחלות ורפואה מותאמת אישית.

הקשר מלאכותי של תאים מינימליים

תאים מינימליים מלאכותיים או מזעור גנום היא גישה מעשית של ביולוגיה סינתטית להבנת האופן שבו אינטראקציות בין גנים חיוניים מובילים לתהליכים פיזיולוגיים חיוניים. מזעור הגנום השתמש בשיטת תכנון-בנייה-מבחן-למד שהסתמכה על הערכה ושילוב של מקטעים גנומיים מודולריים ומידע ממוטגנזה של טרנספוזון (תהליך העברת גנים ממארח ​​אחד לאחר) כדי לסייע בהנחיית מחיקות גנים. שיטה זו הפחיתה את ההטיה בעת מציאת גנים חיוניים ונתנה למדענים את הכלים לשנות, לבנות מחדש ולחקור את הגנום ומה הוא עושה.

בשנת 2010 הודיעו מדענים במכון J. Craig Venter האמריקאי (JVCI) כי חיסלו בהצלחה את ה-DNA של החיידק Mycoplasma capricolum והחליפו אותו ב-DNA ממוחשב המבוסס על חיידק אחר, Mycoplasma mycoides. הצוות כינה את האורגניזם החדש שלהם JCVI-syn1.0, או 'סינטטי', בקיצור. האורגניזם הזה היה המין המשכפל את עצמו הראשון על פני כדור הארץ שהורכב מהורי מחשב. הוא נוצר כדי לעזור למדענים להבין איך החיים פעלו, החל מהתאים ומעלה. 

בשנת 2016, הצוות יצר את JCVI-syn3.0, אורגניזם חד-תאי עם פחות גנים מכל צורה ידועה אחרת של חיים פשוטים (רק 473 גנים בהשוואה ל-1.0 הגנים של JVCI-syn901). עם זאת, האורגניזם פעל בדרכים בלתי צפויות. במקום לייצר תאים בריאים, הוא יצר תאים בעלי צורה מוזרה במהלך השכפול העצמי. מדענים הבינו שהם הסירו יותר מדי גנים מהתא המקורי, כולל אלו האחראים על חלוקת תאים תקינה. 

השפעה משבשת

ביופיזיקאים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) ומהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) היו נחושים למצוא אורגניזם בריא עם כמה שפחות גנים אפשריים, ערבו מחדש את קוד JCVI-syn3.0 בשנת 2021. הם הצליחו ליצור גרסה חדשה בשם JCVI-syn3A. למרות שלתא החדש הזה יש רק 500 גנים, הוא מתנהג יותר כמו תא רגיל הודות לעבודת החוקרים. 

מדענים פועלים להפשיט את התא עוד יותר. בשנת 2021, אורגניזם סינתטי חדש המכונה M. mycoides JCVI-syn3B התפתח במשך 300 ימים, והוכיח שהוא יכול לעבור מוטציה בנסיבות שונות. מהנדסי ביו גם אופטימיים שאורגניזם יעיל יותר יכול לעזור למדענים לחקור את החיים ברמה הבסיסית ביותר ולהבין כיצד מחלות מתקדמות.

בשנת 2022, צוות של מדענים מאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין, JVCI, ו-Technische Universität Dresden בגרמניה יצרו מודל ממוחשב של JCVI-syn3A. מודל זה יכול לחזות במדויק את הצמיחה והמבנה המולקולרי של האנלוג האמיתי שלו. נכון לשנת 2022, זה היה המודל השלם ביותר של תא שלם שמחשב הדמה.

הדמיות אלו יכולות לספק מידע רב ערך. נתונים אלה כוללים חילוף חומרים, צמיחה ותהליכי מידע גנטי לאורך מחזור התא. הניתוח מציע תובנה לגבי עקרונות החיים וכיצד תאים צורכים אנרגיה, כולל הובלה פעילה של חומצות אמינו, נוקלאוטידים ויונים. ככל שמחקר תאים מינימלי ממשיך לגדול, מדענים יכולים ליצור מערכות ביולוגיה סינתטיות טובות יותר שניתן להשתמש בהן לפיתוח תרופות, מחקר מחלות וגילוי טיפולים גנטיים.

השלכות של תאים מינימליים מלאכותיים

השלכות רחבות יותר של התפתחות תאים מינימליים מלאכותיים עשויות לכלול: 

• שיתופי פעולה גלובליים נוספים ליצירת מערכות חיים מפוזרות אך מתפקדות למחקר.
• שימוש מוגבר של למידת מכונה ומודלים ממוחשבים למיפוי מבנים ביולוגיים, כגון תאי דם וחלבונים.
• ביולוגיה סינתטית מתקדמת והיברידיות של מכונה-אורגניזם, כולל גוף-על-שבב ורובוטים חיים. עם זאת, ניסויים אלה עשויים לקבל תלונות אתיות מכמה מדענים.
• כמה חברות ביוטכנולוגיה וביו-פארמה משקיעות רבות ביוזמות ביולוגיה סינתטית כדי לעקוב אחר פיתוחי תרופות וטיפולים.
• חדשנות מוגברת ותגליות בעריכה גנטית ככל שמדענים לומדים יותר על גנים וכיצד ניתן לתמרן אותם.
• תקנות משופרות בנושא מחקר ביוטכנולוגי כדי להבטיח פרקטיקות אתיות, תוך שמירה הן על היושרה המדעית והן על אמון הציבור.
• הופעתן של תכניות חינוך והכשרה חדשות המתמקדות בביולוגיה סינתטית וצורות חיים מלאכותיות, המציידות את הדור הבא של מדענים במיומנויות מיוחדות.
• שינוי באסטרטגיות הבריאות לכיוון רפואה מותאמת אישית, ניצול תאים מלאכותיים וביולוגיה סינתטית לטיפולים ואבחון מותאמים אישית.

שאלות שכדאי לקחת בחשבון

• אם אתה עובד בתחום הביולוגיה הסינתטית, מהם היתרונות הנוספים של תאים מינימליים?
• כיצד ארגונים ומוסדות יכולים לעבוד יחד כדי לקדם את הביולוגיה הסינתטית?