Клітини з повністю штучно синтезованими геном про які вперше повідомлялося в 2010 році, з яких мінімалістичний геном клітина була отримана що показала аномальну морфологію при поділі клітин. Нещодавнє додавання групи генів до цієї мінімалістичної клітини відновило нормальний поділ клітини
Клітини є основними структурними та функціональними одиницями життя, теорія, запропонована Шлейденом і Шванном у 1839 році. Відтоді вчені цікавилися розумінням функцій клітини, намагаючись повністю розшифрувати генетичний код, щоб зрозуміти, як клітина росте і ділиться до дають початок більшій кількості клітин подібного типу. З появою с ДНК секвенування, стало можливим декодувати послідовність геном тим самим роблячи спробу зрозуміти клітинні процеси, щоб зрозуміти основу життя. У 1984 році Моровіц запропонував дослідження мікоплазм, найпростіших клітин здатний до автономного зростання, для розуміння основних принципів життя.
Відтоді було зроблено кілька спроб зменшити геном зменшити розмір до мінімального числа, створюючи клітину, яка здатна виконувати всі основні клітинні функції. Експерименти вперше привели до хімічного синтезу Mycoplasma mycoides геном 1079 Кб у 2010 році та отримав назву JCVI-syn1.0. Подальші видалення, зроблені в JCVI-syn1.0 Hutchinson III et al. (1) породив JCVI-syn3.0 у 2016 році, який мав a геном розміром 531 Kb з 473 генами та мав час подвоєння 180 хвилин, хоча мав аномальну морфологію після поділу клітини. У ньому все ще було 149 генів з невідомими біологічними функціями, що свідчить про наявність ще невідкритих елементів, необхідних для життя. Однак JCVI-syn3.0 забезпечує платформу для дослідження та розуміння життєвих функцій шляхом застосування принципів цілісності.геном дизайну.
Нещодавно, 29 березня 2021 року, Пеллетьє та його колеги (2) використали JCVI syn3.0, щоб зрозуміти гени, необхідні для поділу та морфології клітин, ввівши 19 генів у геном JCVI syn3.0, створивши JCVI syn3.0A, який має морфологію, подібну до JCVI syn1.0. при поділі клітини. 7 із цих 19 генів включають два відомі гени поділу клітини та 4 гени, що кодують мембранно-асоційовані білки невідомої функції, які разом відновили фенотип, подібний до фенотипу JCVI-syn1.0. Цей результат свідчить про полігенну природу клітинного поділу та морфології в геномно мінімальній клітині.
Враховуючи той факт, що JCVI syn3.0 здатний виживати та розмножуватися завдяки мінімалістичному геном, його можна використовувати як модельний організм для створення різних типів клітин із різноманітними функціями, які можуть бути корисними для людини та навколишнього середовища. Наприклад, можна ввести гени, які призводять до розчинення пластику, щоб створений новий організм міг використовуватися для розкладання пластику біологічним шляхом. Подібним чином, раз можна передбачити додавання генів, пов’язаних з фотосинтезом, у JCVI syn3.0, що робить його придатним для використання вуглекислого газу з атмосфери, тим самим знижуючи його рівні та допомагаючи зменшити глобальне потепління, головну кліматичну проблему, з якою стикається людство. Однак до таких експериментів слід ставитися з особливою обережністю, щоб гарантувати, що ми не випустимо в навколишнє середовище суперорганізм, який важко контролювати після його вивільнення.
Тим не менш, ідея мати клітину з мінімалістичним геномом і її біологічні маніпуляції можуть призвести до створення різноманітних типів клітин із різними функціями, здатних вирішити основні проблеми, що постають перед людством, і його остаточне виживання. Однак існує різниця між створенням повністю синтетичної клітини та створенням функціонально синтетичної клітини. геном. Ідеальна повністю синтетична штучна клітина складалася б із синтезованої геном разом із синтезованими цитоплазматичними компонентами, досягнення якого вчені хотіли б досягти найближчими роками, коли технологічний прогрес досягне свого піку.
Нещодавня розробка може стати сходинкою до створення повністю синтетичної клітини, яка здатна рости та ділитися.
***
Список використаної літератури:
- Hutchison III C, Chuang R. та інші 2016. Дизайн і синтез мінімального бактеріального геном. Наука 25 Березень 2016: Вип. 351, випуск 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Генетичні вимоги до поділу клітини в геномно мінімальній клітині. клітинка. Опубліковано: 29 березня 2021 р. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
