Cellen met volledig kunstmatig gesynthetiseerd genoom werden voor het eerst gerapporteerd in 2010, waarvan een minimalistisch genoom cel is daarvan afgeleid vertoonde abnormale morfologie bij celdeling. Recente toevoeging van een groep genen aan deze minimalistische cel herstelde de normale celdeling
Cellen zijn de fundamentele structurele en functionele eenheden van het leven, een theorie voorgesteld door Schleiden en Schwann in 1839. Sindsdien zijn wetenschappers geïnteresseerd in het begrijpen van de cellulaire functies door te proberen de genetische code volledig te ontcijferen om te begrijpen hoe de cel groeit en zich deelt tot aanleiding geven tot meer cellen van dezelfde soort. Met de komst van DNA sequencing is het mogelijk geweest om de volgorde van de genoom waardoor een poging wordt gedaan om de cellulaire processen te begrijpen om de basis van het leven te begrijpen. In 1984 stelde Morowitz de studie van mycoplasma's voor, de eenvoudigste cellen in staat tot autonome groei, voor het begrijpen van de basisprincipes van het leven.
Sindsdien zijn er verschillende pogingen ondernomen om de uitstoot terug te dringen genoom grootte tot een minimalistisch getal dat aanleiding geeft tot een cel die in staat is alle fundamentele cellulaire functies uit te voeren. De experimenten leidden eerst tot de chemische synthese van Mycoplasma mycoides genoom van 1079 Kb in het jaar 2010 en werd genoemd als JCVI-syn1.0. Verdere verwijderingen gemaakt in JCVI-syn1.0 door Hutchinson III et al. (1) gaf in 3.0 aanleiding tot JCVI-syn2016 met een genoom grootte van 531 Kb met 473 genen en had een verdubbelingstijd van 180 minuten, hoewel het een abnormale morfologie had bij celdeling. Het bevatte nog steeds 149 genen met onbekende biologische functies, wat wijst op de aanwezigheid van nog onontdekte elementen die essentieel zijn voor het leven. JCVI-syn3.0 biedt echter een platform voor het onderzoeken en begrijpen van levensfuncties door de principes van geheel-genoom ontwerp.
Onlangs, op 29 maart 2021, gebruikten Pelletier en collega's (2) JCVI syn3.0 om de genen te begrijpen die nodig zijn voor celdeling en morfologie door 19 genen in de cel te introduceren. genoom van JCVI syn3.0, wat aanleiding gaf tot JCVI syn3.0A met een morfologie die vergelijkbaar is met JCVI syn1.0. bij celdeling. 7 van deze 19 genen omvatten twee bekende celdelingsgenen en 4 genen die coderen voor membraangeassocieerde eiwitten met onbekende functie, die samen het fenotype herstelden dat vergelijkbaar is met dat van JCVI-syn1.0. Dit resultaat suggereert de polygene aard van celdeling en morfologie in een genomisch minimale cel.
Gezien het feit dat de JCVI syn3.0 in staat is te overleven en zich te vermenigvuldigen op basis van zijn minimalistische stijl genoomkan het worden gebruikt als modelorganisme om verschillende celtypen te creëren met gevarieerde functies die gunstig kunnen zijn voor mens en milieu. Zo kun je bijvoorbeeld genen introduceren die leiden tot het oplossen van plastics, zodat het nieuw gemaakte organisme op biologische wijze gebruikt kan worden voor de afbraak van plastics. Op dezelfde manier kunnen we ons ooit voorstellen om genen toe te voegen die betrekking hebben op fotosynthese in JCVI syn3.0, waardoor het ontvankelijk wordt om koolstofdioxide uit de atmosfeer te gebruiken, waardoor de niveaus ervan worden verlaagd en de opwarming van de aarde wordt teruggedrongen, een belangrijk klimaatprobleem waarmee de mensheid wordt geconfronteerd. Dergelijke experimenten moeten echter met de grootste voorzichtigheid worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat we geen superorganisme in het milieu vrijgeven dat moeilijk te controleren is zodra het eenmaal is vrijgelaten.
Niettemin kan het idee van het hebben van een cel met een minimalistisch genoom en de biologische manipulatie ervan leiden tot de creatie van gevarieerde celtypen met diverse functies die in staat zijn de grote problemen op te lossen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd en haar uiteindelijke overleving. Er is echter een onderscheid tussen het creëren van een volledig synthetische cel en het creëren van een functioneel synthetische cel genoom. Een ideale volledig synthetische kunstmatige cel zou bestaan uit een gesynthetiseerde cel genoom samen met gesynthetiseerde cytoplasmatische componenten, een prestatie die wetenschappers de komende jaren graag eerder dan later zouden willen bereiken als de technologische vooruitgang zijn hoogtepunt bereikt.
De recente ontwikkeling zou een opstap kunnen zijn naar het creëren van een volledig synthetische cel die in staat is tot groei en deling.
***
Referenties:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Ontwerp en synthese van een minimale bacterie genoom. Wetenschap 25 maart 2016: Vol. 351, uitgave 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Genetische vereisten voor celdeling in een genomisch minimale cel. Cel. Gepubliceerd: 29 maart 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
