Клетки с полностью искусственно синтезированными геном впервые были зарегистрированы в 2010 году, из которых был минималистичный геном клетка была получена из того, что показал аномальную морфологию при делении клеток. Недавнее добавление группы генов к этой минималистичной клетке восстановило нормальное клеточное деление.
Клетки являются основными структурными и функциональными единицами жизни, теория, предложенная Шлейденом и Шванном в 1839 году. С тех пор ученые интересовались пониманием клеточных функций, пытаясь полностью расшифровать генетический код, чтобы понять, как клетка растет и делится. дают начало большему количеству клеток подобного типа. С появлением ДНК секвенирование позволило расшифровать последовательность геном тем самым делая попытку понять клеточные процессы, чтобы постичь основу жизни. В 1984 году Моровиц предложил изучить микоплазмы, простейшие клеток способный к автономному росту, к пониманию основных принципов жизни.
С тех пор было предпринято несколько попыток уменьшить геном размера до минимального числа, в результате чего образуется клетка, способная выполнять все основные клеточные функции. Эксперименты впервые привели к химическому синтезу Mycoplasma mycoides. геном размером 1079 Кб в 2010 году и назывался JCVI-syn1.0. Дальнейшие удаления, сделанные в JCVI-syn1.0 Hutchinson III et al. (1) в 3.0 году породил JCVI-syn2016, который имел геном размером 531 КБ с 473 генами и временем удвоения 180 минут, хотя и имели аномальную морфологию при делении клеток. У него все еще было 149 генов с неизвестными биологическими функциями, что позволяет предположить наличие еще не открытых элементов, необходимых для жизни. Однако JCVI-syn3.0 предоставляет платформу для исследования и понимания жизненных функций путем применения принципов целостности.геном дизайн.
Недавно, 29 марта 2021 года, Пеллетье и его коллеги (2) использовали JCVI syn3.0, чтобы понять гены, необходимые для деления и морфологии клеток, путем введения 19 генов в геном JCVI syn3.0, дающий начало JCVI syn3.0A, который имеет морфологию, аналогичную JCVI syn1.0. при делении клеток. 7 из этих 19 генов включают два известных гена деления клеток и 4 гена, кодирующие мембраносвязанные белки с неизвестной функцией, которые вместе восстановили фенотип, аналогичный фенотипу JCVI-syn1.0. Этот результат предполагает полигенную природу клеточного деления и морфологии в геномно минимальной клетке.
Учитывая тот факт, что JCVI syn3.0 способен выживать и размножаться благодаря своему минимализму геном, его можно использовать в качестве модельного организма для создания различных типов клеток с различными функциями, которые могут быть полезны для человека и окружающей среды. Например, можно ввести гены, которые приводят к растворению пластика, чтобы созданный новый организм можно было использовать для разложения пластика биологическим способом. Точно так же можно предусмотреть добавление генов, связанных с фотосинтезом, в JCVI syn3.0, что позволит использовать углекислый газ из атмосферы, тем самым снижая его уровень и помогая уменьшить глобальное потепление, главную климатическую проблему, стоящую перед человечеством. Однако к таким экспериментам следует относиться с предельной осторожностью, чтобы гарантировать, что мы не выпустим в окружающую среду суперорганизм, который после его выпуска трудно контролировать.
Тем не менее, идея иметь клетку с минималистичным геномом и ее биологические манипуляции могут привести к созданию различных типов клеток с разнообразными функциями, способных решать основные проблемы, стоящие перед человечеством, и его окончательное выживание. Однако существует различие между созданием полностью синтетической клетки и созданием функционально синтетической клетки. геном. Идеальная полностью синтетическая искусственная клетка состояла бы из синтезированного геном наряду с синтезированными цитоплазматическими компонентами — подвиг, которого ученые хотели бы достичь раньше, чем позже, в ближайшие годы, когда технологические достижения достигнут своего пика.
Недавняя разработка может стать ступенькой к созданию полностью синтетической клетки, способной к росту и делению.
Ссылки:
- Хатчисон III C, Чуанг Р. и др. 2016. Разработка и синтез минимального бактериального геном. Наука 25 Март 2016: Vol. 351, выпуск 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Пеллетье Дж. Ф., Сан Л. и др. 2021. Генетические требования для деления клеток в геномно минимальной клетке. Клетка. Опубликовано: 29 марта 2021 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
