Qeliza minimale artificiale: Krijimi i mjaftueshëm i jetës për kërkime mjekësore

• Author:
• Emri i autorit

  Parashikimi Kuantumrun
• Dhjetor 23, 2022

Përmbledhje e pasqyrës

Duke eksploruar gjërat thelbësore të jetës, shkencëtarët kanë reduktuar gjenomet për të krijuar qeliza minimale, duke zbuluar funksionet thelbësore të nevojshme për jetën. Këto përpjekje kanë çuar në zbulime dhe sfida të papritura, të tilla si forma të parregullta të qelizave, duke nxitur përsosje dhe kuptim të mëtejshëm të thelbësoreve gjenetike. Ky hulumtim hap rrugën për përparime në biologjinë sintetike, me aplikime të mundshme në zhvillimin e barnave, studimin e sëmundjeve dhe mjekësinë e personalizuar.

Konteksti i qelizave minimale artificiale

Qelizat minimale artificiale ose minimizimi i gjenomit është një qasje praktike e biologjisë sintetike për të kuptuar se si ndërveprimet midis gjeneve thelbësore krijojnë procese jetike fiziologjike. Minimizimi i gjenomit përdori një metodë projektimi-ndërtimi-testimi-mësimi që mbështetej në vlerësimin dhe kombinimin e segmenteve gjenomike modulare dhe informacionit nga mutagjeneza e transpozonit (procesi i transferimit të gjeneve nga një pritës në tjetrin) për të ndihmuar në drejtimin e fshirjeve të gjeneve. Kjo metodë zvogëloi paragjykimet kur gjenin gjenet thelbësore dhe u dha shkencëtarëve mjetet për të ndryshuar, rindërtuar dhe studiuar gjenomin dhe atë që ai bën.

Në vitin 2010, shkencëtarët në Institutin J. Craig Venter (JVCI) me bazë në SHBA njoftuan se kishin eliminuar me sukses ADN-në e bakterit Mycoplasma capricolum dhe e zëvendësuan atë me ADN të gjeneruar nga kompjuteri bazuar në një bakter tjetër, Mycoplasma mycoides. Ekipi e titulloi organizmin e tyre të ri JCVI-syn1.0, ose shkurt "Sintetik". Ky organizëm ishte specia e parë vetë-përsëritëse në Tokë që përbëhej nga prindër kompjuterikë. Ai u krijua për të ndihmuar shkencëtarët të kuptojnë se si funksiononte jeta, duke filluar nga qelizat e lart. 

Në vitin 2016, ekipi krijoi JCVI-syn3.0, një organizëm njëqelizor me më pak gjene se çdo formë tjetër e njohur e jetës së thjeshtë (vetëm 473 gjene krahasuar me gjenet 1.0 të JVCI-syn901). Megjithatë, organizmi veproi në mënyra të paparashikueshme. Në vend që të prodhonte qeliza të shëndetshme, ai krijoi ato me formë të çuditshme gjatë vetë-përsëritjes. Shkencëtarët e kuptuan se kishin hequr shumë gjene nga qeliza origjinale, duke përfshirë ato përgjegjëse për ndarjen normale të qelizave. 

Ndikim shkatërrues

Të vendosur për të gjetur një organizëm të shëndetshëm me sa më pak gjene të mundshme, biofizikanët nga Instituti i Teknologjisë i Massachusetts (MIT) dhe Instituti Kombëtar i Standardeve dhe Teknologjisë (NIST) ripërzien kodin JCVI-syn3.0 në vitin 2021. Ata ishin në gjendje të krijonin një variant i ri i quajtur JCVI-syn3A. Edhe pse kjo qelizë e re ka vetëm 500 gjene, ajo sillet më shumë si një qelizë e rregullt falë punës së studiuesve. 

Shkencëtarët po punojnë për të hequr qelizën edhe më tej. Në vitin 2021, një organizëm i ri sintetik i njohur si M. mycoides JCVI-syn3B evoloi për 300 ditë, duke demonstruar se mund të ndryshojë në rrethana të ndryshme. Bioinxhinierët janë gjithashtu optimistë se një organizëm më i efektshëm mund t'i ndihmojë shkencëtarët të studiojnë jetën në nivelin e saj më themelor dhe të kuptojnë se si sëmundjet përparojnë.

Në vitin 2022, një ekip shkencëtarësh nga Universiteti i Illinois në Urbana-Champaign, JVCI dhe Technische Universität Dresden me bazë në Gjermani, krijuan një model kompjuterik të JCVI-syn3A. Ky model mund të parashikonte me saktësi rritjen e analogut të tij real dhe strukturën molekulare. Që nga viti 2022, ishte modeli më i plotë me qelizë të plotë që një kompjuter ka simuluar.

Këto simulime mund të japin informacion të vlefshëm. Këto të dhëna përfshijnë metabolizmin, rritjen dhe proceset e informacionit gjenetik gjatë një cikli qelizor. Analiza ofron njohuri mbi parimet e jetës dhe mënyrën se si qelizat konsumojnë energji, duke përfshirë transportin aktiv të aminoacideve, nukleotideve dhe joneve. Ndërsa kërkimi minimal i qelizave vazhdon të rritet, shkencëtarët mund të krijojnë sisteme më të mira biologjike sintetike që mund të përdoren për të zhvilluar ilaçe, për të studiuar sëmundje dhe për të zbuluar terapi gjenetike.

Implikimet e qelizave minimale artificiale

Implikimet më të gjera të zhvillimit të qelizave minimale artificiale mund të përfshijnë: 

• Më shumë bashkëpunime globale për të krijuar sisteme jetësore të zhveshura por funksionale për kërkime.
• Rritja e përdorimit të mësimit të makinerive dhe modelimit kompjuterik për të hartuar strukturat biologjike, të tilla si qelizat e gjakut dhe proteinat.
• Biologji sintetike e avancuar dhe hibride makineri-organizmash, duke përfshirë robotë trup-në-chip dhe të gjallë. Megjithatë, këto eksperimente mund të marrin ankesa etike nga disa shkencëtarë.
• Disa firma bioteknike dhe biofarmash po investojnë shumë në iniciativat e biologjisë sintetike për të përshpejtuar zhvillimet e barnave dhe terapisë.
• Rritja e inovacionit dhe zbulimeve në redaktimin gjenetik pasi shkencëtarët mësojnë më shumë rreth gjeneve dhe se si ato mund të manipulohen.
• Rregullore të zgjeruara për kërkimin bioteknologjik për të garantuar praktika etike, duke ruajtur si integritetin shkencor ashtu edhe besimin e publikut.
• Shfaqja e programeve të reja arsimore dhe trajnimi të fokusuara në biologjinë sintetike dhe format e jetës artificiale, duke pajisur brezin e ardhshëm të shkencëtarëve me aftësi të specializuara.
• Zhvendosja në strategjitë e kujdesit shëndetësor drejt mjekësisë së personalizuar, duke përdorur qelizat artificiale dhe biologjinë sintetike për trajtime dhe diagnostikime të personalizuara.

Pyetje që duhen marrë parasysh

• Nëse punoni në fushën e biologjisë sintetike, cilat janë përfitimet e tjera të qelizave minimale?
• Si mund të punojnë së bashku organizatat dhe institucionet për të avancuar biologjinë sintetike?