Oamenii de știință creează celule sintetice simple care cresc și se împart normal

de Institutul Național de Standarde și Tehnologie

În urmă cu cinci ani, oamenii de știință au creat un organism sintetic unicelular care, cu doar 473 de gene, a fost cea mai simplă celulă vie cunoscută vreodată.

Cu toate acestea, acest organism asemănător bacteriilor s-a comportat ciudat atunci când crește și se împarte, producând celule cu forme și dimensiuni sălbatice diferite.

Acum, oamenii de știință au identificat șapte gene care pot fi adăugate pentru a îmblânzi natura indisciplinată a celulelor, determinându-le să se împartă frumos în globuri uniforme.

Această realizare, o colaborare între Institutul J. Craig Venter (JCVI), Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) și Centrul pentru Biți și Atomi al Institutului de Tehnologie din Massachusetts (MIT), a fost descrisă în revista Cell .

Identificarea acestor gene este un pas important către ingineria celulelor sintetice care fac lucruri utile.

Astfel de celule ar putea acționa ca mici fabrici care produc droguri, alimente și combustibili; detectează boala și produce medicamente pentru a o trata în timp ce trăiește în interiorul corpului; și funcționează ca niște computere mici.

Dar pentru a proiecta și construi o celulă care face exact ceea ce doriți să facă, este util să aveți o listă de părți esențiale și să știți cum se potrivesc.

„Vrem să înțelegem regulile fundamentale de proiectare ale vieții”, a declarat Elizabeth Strychalski, co-autoră a studiului și lideră a NIST's Cellular Engineering Group.

"Dacă această celulă ne poate ajuta să descoperim și să înțelegem aceste reguli, atunci plecăm la curse.

" Oamenii de știință de la JCVI au construit prima celulă cu un genom sintetic în 2010 .

Nu au construit acea celulă complet de la zero.

În schimb, au început cu celule dintr-un tip foarte simplu de bacterii numite micoplasmă.

Au distrus ADN-ul din acele celule și l-au înlocuit cu ADN care a fost proiectat pe un computer și sintetizat într-un laborator.

Acesta a fost primul organism din istoria vieții pe Pământ care a avut un genom complet sintetic.

Au numit-o JCVI-syn1.0.

Un videoclip cu intervale de timp care prezintă celule ale organismului sintetic JCVIsyn3.0 în creștere și împărțire la microscop cu lumină, dintr-o colaborare de cercetare între Institutul J. Craig Venter, Institutul Național de Standarde și Tehnologie și De atunci, oamenii de știință au lucrat pentru a elimina acel organism până la componentele sale genetice minime.

Celula super-simplă pe care au creat-o acum cinci ani, numită JCVI-syn3.0, a fost poate prea minimalistă.

Cercetătorii au adăugat acum 19 gene înapoi la această celulă, inclusiv cele șapte necesare diviziunii celulare normale, pentru a crea noua variantă, JCVI-syn3A.

Această variantă are mai puțin de 500 de gene.

Pentru a pune acest număr în perspectivă, bacteriile E. coli care trăiesc în intestinul dvs. au aproximativ 4.000 de gene.

O celulă umană are în jur de 30.000.

Identificarea celor șapte gene suplimentare a durat ani de eforturi minuțioase de către grupul de biologie sintetică al JCVI, condus de co-autorul John Glass.

Co-autorul principal și om de știință JCVI Lijie Sun au construit zeci de tulpini variante prin adăugarea și îndepărtarea sistematică a genelor.

Ea și ceilalți cercetători ar observa apoi modul în care aceste modificări genetice au afectat creșterea și divizarea celulelor.

Rolul NIST a fost de a măsura modificările rezultate la microscop.

Aceasta a fost o provocare, deoarece celulele trebuiau să fie vii pentru observare.

Folosirea unor microscopuri puternice pentru a observa celulele moarte este relativ ușoară.

Imaginarea celulelor vii este mult mai dificilă.

Ținerea acestor celule în loc la microscop a fost deosebit de dificilă, deoarece sunt atât de mici și delicate.

O sută sau mai multe s-ar potrivi în interiorul unei singure bacterii E. coli.

Forțe minuscule le pot sfâșia.

Pentru a rezolva această problemă, co-autorii Strychalski și MIT James Pelletier, Andreas Mershin și Neil Gershenfeld au proiectat un chimiostat microfluidic - un fel de mini-acvariu - în care celulele ar putea fi menținute hrănite și fericite la microscopul cu lumină.

Rezultatul a fost un videoclip stop-motion care a arătat celulele sintetice în creștere și divizare.

Un videoclip prezintă celulele JCVI-syn3.0 - cele create acum cinci ani - împărțindu-se în diferite forme și dimensiuni.

Unele dintre celule formează filamente.

Alții par să nu se separe complet și să se alinieze ca margele pe un șir.

În ciuda varietății, toate celulele din acel videoclip sunt identice genetic.

Un videoclip cu intervale de timp care prezintă celule ale organismului sintetic JCVI-syn3A în creștere și împărțire la microscop cu lumină, dintr-o colaborare de cercetare între Institutul J. Craig Venter, Institutul Național de Standarde și Tehnologie și Un alt videoclip arată noile celule JCVI-Syn3A care se împart în celule de formă și dimensiune mai uniforme.

Aceste videoclipuri și altele asemenea lor au permis cercetătorilor să observe cum manipulările lor genetice au afectat creșterea și divizarea celulelor .

Dacă eliminarea unei gene ar perturba procesul normal, ar pune-o înapoi și ar încerca alta.

Scopul nostru este de a cunoaște funcția fiecărei gene, astfel încât să putem dezvolta un model complet al modului în care funcționează o celulă, a spus Pelletier.

Dar acest obiectiv nu a fost atins încă.

Dintre cele șapte gene adăugate acestui organism pentru divizarea celulară normală, oamenii de știință știu ce fac doar două dintre ele.

Rolurile pe care le joacă celelalte cinci în diviziunea celulară nu sunt încă cunoscute.

„Viața este încă o cutie neagră”, a spus Strychalski.

Dar cu această celulă sintetică simplificată, oamenii de știință aruncă o privire bună asupra a ceea ce se întâmplă în interior.

(Fluierul)