Šūnas ar pilnībā mākslīgi sintezētu Genoma pirmo reizi tika ziņots 2010. gadā, no kuriem minimālistisks Genoma šūna tika iegūta, ka uzrādīja patoloģisku morfoloģiju pēc šūnu dalīšanās. Nesenā gēnu grupas pievienošana šai minimālistiskajai šūnai atjaunoja normālu šūnu dalīšanos
Šūnas ir dzīvības strukturālās un funkcionālās pamatvienības. Šo teoriju 1839. gadā ierosināja Šleidens un Švāns. Kopš tā laika zinātnieki ir ieinteresēti izprast šūnu funkcijas, mēģinot pilnībā atšifrēt ģenētisko kodu, lai saprastu, kā šūna aug un dalās rada vairāk līdzīga veida šūnu. Ar parādīšanos DNS secību, ir bijis iespējams atšifrēt secību Genoma tādējādi cenšoties izprast šūnu procesus, lai izprastu dzīvības pamatu. 1984. gadā Morovics ierosināja visvienkāršāko mikoplazmu izpēti šūnas spēj patstāvīgi augt, lai izprastu dzīves pamatprincipus.
Kopš tā laika ir veikti vairāki mēģinājumi samazināt Genoma izmēru līdz minimālistiskam skaitlim, kas rada šūnu, kas spēj veikt visas šūnu pamatfunkcijas. Eksperimenti vispirms noveda pie Mycoplasma mycoides ķīmiskās sintēzes Genoma no 1079 Kb 2010. gadā un tika nosaukts kā JCVI-syn1.0. Papildu dzēšanu JCVI-syn1.0 veica Hutchinson III et al. (1) radīja JCVI-syn3.0 2016. gadā, kam bija a Genoma 531 Kb lielums ar 473 gēniem un dubultošanās laiks bija 180 minūtes, lai gan šūnu dalīšanās laikā tai bija anormāla morfoloģija. Tajā joprojām bija 149 gēni ar nezināmām bioloģiskām funkcijām, kas liecina par vēl neatklātu elementu klātbūtni, kas ir būtiski dzīvībai. Tomēr JCVI-syn3.0 nodrošina platformu dzīves funkciju izpētei un izpratnei, piemērojot veseluma principus.Genoma dizains.
Nesen, 29. gada 2021. martā, Peletjē un kolēģi (2) izmantoja JCVI syn3.0, lai izprastu gēnus, kas nepieciešami šūnu dalīšanai un morfoloģijai, ieviešot 19 gēnus. Genoma JCVI syn3.0, radot JCVI syn3.0A, kura morfoloģija ir līdzīga JCVI syn1.0. pēc šūnu dalīšanās. 7 no šiem 19 gēniem ietver divus zināmus šūnu dalīšanās gēnus un 4 gēnus, kas kodē ar membrānu saistītus proteīnus ar nezināmu funkciju, kas kopā atjaunoja fenotipu, kas līdzīgs JCVI-syn1.0 fenotipam. Šis rezultāts liecina par šūnu dalīšanās un morfoloģijas poligēno raksturu genomiski minimālā šūnā.
Ņemot vērā faktu, ka JCVI syn3.0 spēj izdzīvot un vairoties, pamatojoties uz tā minimālismu. Genoma, to var izmantot kā paraugorganismu, lai izveidotu dažādus šūnu tipus ar dažādām funkcijām, kas var būt labvēlīgas cilvēkiem un videi. Piemēram, var ieviest gēnus, kas noved pie plastmasas šķīšanas, lai radīto jauno organismu varētu izmantot plastmasas degradācijai bioloģiskā veidā. Tāpat vienreiz var paredzēt ar fotosintēzi saistīto gēnu pievienošanu JCVI syn3.0, padarot to spējīgu izmantot oglekļa dioksīdu no atmosfēras, tādējādi samazinot tā līmeni un palīdzot samazināt globālo sasilšanu, kas ir galvenā klimata problēma, ar kuru saskaras cilvēce. Tomēr pret šādiem eksperimentiem ir jāizturas ar vislielāko piesardzību, lai nodrošinātu, ka mēs neizlaižam vidē superorganismu, kuru ir grūti kontrolēt pēc tā izlaišanas.
Neskatoties uz to, ideja par šūnu ar minimālistisku genomu un tās bioloģiskā manipulācija var radīt dažādus šūnu tipus ar dažādām funkcijām, kas spēj atrisināt galvenās problēmas, ar kurām saskaras cilvēce, un tās galīgo izdzīvošanu. Tomēr pastāv atšķirība starp pilnībā sintētiskas šūnas izveidi un funkcionāli sintētiskas šūnas izveidi Genoma. Ideāla pilnīgi sintētiska mākslīga šūna sastāvētu no sintezētas Genoma kopā ar sintezētiem citoplazmas komponentiem — varoņdarbu, ko zinātnieki labprāt sasniegtu tuvāko gadu laikā, kad tehnoloģiskie sasniegumi sasniegs savu maksimumu.
Nesenā attīstība varētu būt atspēriena punkts, lai izveidotu pilnībā sintētisku šūnu, kas spēj augt un dalīties.
***
Norādes:
- Hutchison III C, Chuang R., et al, 2016. Minimālas baktērijas projektēšana un sintēze Genoma. Zinātne 25 2016. gada marts: sēj. 351, 6280. izdevums, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Ģenētiskās prasības šūnu dalīšanai genomiski minimālā šūnā. Šūna. Publicēts: 29. gada 2021. martā. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
