Celulele minime artificiale: creează suficientă viață pentru cercetarea medicală

• Autor:
• Numele autorului

  Previziune Quantumrun
• December 23, 2022

Rezumat perspectivă

Explorând elementele esențiale ale vieții, oamenii de știință au redus genomurile pentru a crea celule minime, dezvăluind funcțiile de bază necesare vieții. Aceste eforturi au condus la descoperiri și provocări neașteptate, cum ar fi formele neregulate ale celulelor, ceea ce a determinat o rafinare și înțelegere ulterioară a elementelor esențiale genetice. Această cercetare deschide calea pentru progrese în biologia sintetică, cu potențiale aplicații în dezvoltarea de medicamente, studiul bolilor și medicina personalizată.

Contextul celulelor minime artificiale

Celulele minime artificiale sau minimizarea genomului este o abordare practică de biologie sintetică pentru înțelegerea modului în care interacțiunile dintre genele esențiale dau naștere la procese fiziologice vitale. Minimizarea genomului a folosit o metodă de proiectare-construcție-test-învățare care s-a bazat pe evaluarea și combinarea segmentelor genomice modulare și a informațiilor din mutageneza transpozonelor (procesul de transfer de gene de la o gazdă la alta) pentru a ajuta la ghidarea ștergerii genelor. Această metodă a redus părtinirea la găsirea genelor esențiale și a oferit oamenilor de știință instrumentele pentru a schimba, reconstrui și studia genomul și ceea ce face acesta.

În 2010, oamenii de știință de la Institutul J. Craig Venter (JVCI) din SUA au anunțat că au eliminat cu succes ADN-ul bacteriei Mycoplasma capricolum și l-au înlocuit cu ADN generat de computer pe baza unei alte bacterii, Mycoplasma mycoides. Echipa și-a intitulat noul organism JCVI-syn1.0, sau „Sintetic”, pe scurt. Acest organism a fost prima specie auto-replicatoare de pe Pământ, care a constat din părinți computerizatori. A fost creat pentru a ajuta oamenii de știință să înțeleagă cum funcționa viața, pornind de la celule în sus. 

În 2016, echipa a creat JCVI-syn3.0, un organism unicelular cu mai puține gene decât orice altă formă cunoscută de viață simplă (doar 473 de gene în comparație cu 1.0 gene ale JVCI-syn901). Cu toate acestea, organismul a acționat în moduri imprevizibile. În loc să producă celule sănătoase, a creat unele cu forme ciudate în timpul auto-replicării. Oamenii de știință și-au dat seama că au îndepărtat prea multe gene din celula originală, inclusiv cele responsabile pentru diviziunea celulară normală. 

Impact perturbator

Hotărâți să găsească un organism sănătos cu cele mai puține gene posibile, biofizicienii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) și National Institute of Standards and Technology (NIST) au remixat codul JCVI-syn3.0 în 2021. Au fost capabili să creeze un noua varianta numita JCVI-syn3A. Chiar dacă această nouă celulă are doar 500 de gene, se comportă mai mult ca o celulă obișnuită datorită muncii cercetătorilor. 

Oamenii de știință lucrează pentru a îndepărta celula și mai mult. În 2021, un nou organism sintetic cunoscut sub numele de M. mycoides JCVI-syn3B a evoluat timp de 300 de zile, demonstrând că poate suferi mutații în diferite circumstanțe. Bioinginerii sunt, de asemenea, optimiști că un organism mai raționalizat poate ajuta oamenii de știință să studieze viața la cel mai elementar nivel și să înțeleagă cum progresează bolile.

În 2022, o echipă de oameni de știință de la Universitatea din Illinois din Urbana-Champaign, JVCI și Technische Universität Dresden, cu sediul în Germania, au creat un model computerizat al JCVI-syn3A. Acest model ar putea prezice cu exactitate creșterea și structura moleculară a analogului din viața reală. Începând cu 2022, a fost cel mai complet model de celule întregi pe care l-a simulat un computer.

Aceste simulări pot oferi informații valoroase. Aceste date includ metabolismul, creșterea și procesele de informații genetice pe parcursul unui ciclu celular. Analiza oferă o perspectivă asupra principiilor vieții și modului în care celulele consumă energie, inclusiv transportul activ al aminoacizilor, nucleotidelor și ionilor. Pe măsură ce cercetarea celulară minimă continuă să crească, oamenii de știință pot crea sisteme de biologie sintetică mai bune care pot fi folosite pentru a dezvolta medicamente, a studia boli și a descoperi terapii genetice.

Implicațiile celulelor minimale artificiale

Implicațiile mai largi ale dezvoltării celulelor minime artificiale pot include: 

• Mai multe colaborări globale pentru a crea sisteme de viață dezgolite, dar funcționale pentru cercetare.
• Învățare automată crescută și utilizarea modelării computerizate pentru a mapa structurile biologice, cum ar fi celulele sanguine și proteinele.
• Biologie sintetică avansată și hibrizi mașină-organism, inclusiv roboți vii și body-on-a-chip. Cu toate acestea, aceste experimente ar putea primi plângeri etice de la unii oameni de știință.
• Unele firme de biotehnologie și biofarmace investesc masiv în inițiative de biologie sintetică pentru a accelera dezvoltarea medicamentelor și a terapiei.
• Creșterea inovației și a descoperirilor în editarea genetică, pe măsură ce oamenii de știință învață mai multe despre gene și despre modul în care acestea pot fi manipulate.
• Reglementări îmbunătățite privind cercetarea biotehnologică pentru a asigura practici etice, salvând atât integritatea științifică, cât și încrederea publicului.
• Apariția unor noi programe educaționale și de formare axate pe biologia sintetică și formele de viață artificiale, dotând următoarea generație de oameni de știință cu competențe de specialitate.
• Schimbarea strategiilor de asistență medicală către medicina personalizată, folosind celule artificiale și biologie sintetică pentru tratamente și diagnostice personalizate.

Întrebări de luat în considerare

• Dacă lucrați în domeniul biologiei sintetice, care sunt celelalte beneficii ale celulelor minime?
• Cum pot organizațiile și instituțiile să lucreze împreună pentru a promova biologia sintetică?