Celler med fullt kunstig syntetisert genom ble rapportert først i 2010 hvorfra en minimalistisk genom celle ble avledet som viste unormal morfologi ved celledeling. Nylig tillegg av en gruppe gener til denne minimalistiske cellen gjenopprettet normal celledeling
Celler er de grunnleggende strukturelle og funksjonelle enhetene i livet, en teori foreslått av Schleiden og Schwann i 1839. Siden den gang har forskere vært interessert i å forstå cellefunksjonene ved å prøve å dechiffrere den genetiske koden fullt ut for å forstå hvordan cellen vokser og deler seg til gi opphav til flere celler av lignende type. Med ankomsten av DNA sekvensering, har det vært mulig å dekode sekvensen til genom og gjør derved et forsøk på å forstå de cellulære prosessene for å forstå grunnlaget for livet. I 1984 foreslo Morowitz studiet av mykoplasma, den enkleste celler i stand til autonom vekst, for å forstå de grunnleggende prinsippene i livet.
Siden den gang har det blitt gjort flere forsøk på å redusere genom størrelse til et minimalistisk tall som gir opphav til en celle som er i stand til å utføre alle de grunnleggende cellulære funksjonene. Eksperimentene førte først til kjemisk syntese av Mycoplasma mycoides genom på 1079 Kb i år 2010 og ble navngitt som JCVI-syn1.0. Ytterligere slettinger gjort i JCVI-syn1.0 av Hutchinson III et al. (1) ga opphav til JCVI-syn3.0 i 2016 som hadde en genom størrelse på 531 Kb med 473 gener og hadde en doblingstid på 180 minutter, om enn med en unormal morfologi ved celledeling. Den hadde fortsatt 149 gener med ukjente biologiske funksjoner, noe som tyder på tilstedeværelsen av fortsatt uoppdagede elementer som er essensielle for livet. JCVI-syn3.0 gir imidlertid en plattform for å undersøke og forstå livsfunksjoner ved å anvende prinsippene for hel-genom design.
Nylig, 29. mars 2021, brukte Pelletier og kolleger (2) JCVI syn3.0 for å forstå genene som kreves for celledeling og morfologi ved å introdusere 19 gener i genom av JCVI syn3.0, som gir opphav til JCVI syn3.0A som har en morfologi som ligner på JCVI syn1.0. ved celledeling. 7 av disse 19 genene inkluderer to kjente celledelingsgener og 4 gener som koder for membranassosierte proteiner med ukjent funksjon, som sammen gjenopprettet fenotypen som ligner på JCVI-syn1.0. Dette resultatet antyder den polygene naturen til celledeling og morfologi i en genomisk minimal celle.
Gitt det faktum at JCVI syn3.0 er i stand til å overleve og multiplisere basert på dens minimalistiske genom, kan den brukes som en modellorganisme for å lage forskjellige celletyper med varierte funksjoner som kan være fordelaktige for mennesker og miljø. For eksempel kan man introdusere gener som fører til oppløsning av plast slik at den nye organismen som lages kan brukes til nedbrytning av plast på en biologisk måte. På samme måte kan man tenke seg å legge til gener knyttet til fotosyntese i JCVI syn3.0 som gjør det mulig å bruke karbondioksid fra atmosfæren og dermed redusere nivåene og bidra til å redusere global oppvarming, et stort klimaproblem menneskeheten står overfor. Slike eksperimenter må imidlertid behandles med største forsiktighet for å sikre at vi ikke slipper ut en superorganisme i miljøet som er vanskelig å kontrollere når den først er sluppet ut.
Ikke desto mindre kan ideen om å ha en celle med minimalistisk genom og dens biologiske manipulasjon føre til opprettelse av varierte celletyper med forskjellige funksjoner som er i stand til å løse store problemer som menneskeheten står overfor og dens endelige overlevelse. Imidlertid er det et skille mellom opprettelse av en helsyntetisk celle versus opprettelse av en funksjonelt syntetisk genom. En ideell fullstendig syntetisk kunstig celle ville bestå av en syntetisert genom sammen med syntetiserte cytoplasmatiske komponenter, en bragd som forskere ville elske å oppnå tidligere enn senere i de kommende årene når de teknologiske fremskritt når sitt høydepunkt.
Den nylige utviklingen kan være et springbrett mot etableringen av en helsyntetisk celle som er i stand til vekst og deling.
***
Referanser:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Design og syntese av en minimal bakteriell genom. Science 25 Mar 2016: Vol. 351, utgave 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Genetiske krav til celledeling i en genomisk minimal celle. Celle. Publisert: 29. mars 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
