Naukowcy stworzyli całkowicie sztuczne komórki, które potrafią ze sobą współpracować

Syntetyczne komórki zostały stworzone przez Neala Devaraj z University of California w San Diego (fot. University of California)

Czym się sztuczny różni od naprawdę żywego? To trudne pytanie. Czy komórka rośliny, która, pod wpływem celowych działań inżynierii genetycznej, zaczęła produkować białko bakterii, chroniące ją przed atakiem stonki, to coś sztucznego? Najczęściej powiemy, że nie. W naturze by się to pewnie samo nie zrobiło, ale wyobraźni nie przekracza. No a jeśli komórce bakterii, zwanej mikoplazmą, wyjmiemy jej własny materiał genetyczny, po czym wsadzimy tam DNA niemal taki sam jak jej, ale całkowicie wytworzony przez specjalne maszyny, zwane syntezatorami DNA? Tu nadal, choć twórca takiej komórki, Craig Venter, nazwał ją sztuczną, będziemy się przyglądać jak czemuś żywemu i naturalnemu.

Naukowcy odkryli superziemię wokół najbliższej pojedynczej gwiazdy

Gwiazda Barnarda, jedna z najbliższych gwiazd względem Słońca, posiada planetę. Odkrycie zostało ogłoszone w najnowszym numerze czasopisma...

zobacz więcej

W istocie pod mikroskopem tej mikoplazmy tworzonej przez Ventera od zwykłej, chorobotwórczej mikoplazmy odróżnić nie sposób. Na marginesie: bakteria ta została wybrana do projektu „sztuczna komórka” przez człowieka, który w 2001 r. zsekwencjonował pierwszy genom ludzki (a właściwie głównie swój własny), bo jej całkowity DNA jest najmniejszy wśród żywych komórek. Nawet niektóre wirusy maja go więcej. Ojciec genomiki uznał zatem, że najmniejsze stworzy najmniej problemów.

Co jednak, gdy, jak na początku ubiegłego roku do bakterii (tym razem klasycznej pałeczki okrężnicy) wsadzimy DNA, który nie tylko został zrobiony w maszynach w laboratorium, ale w dodatku zamiast czterech budulcowych cegiełek składa się z sześciu? W tym dwóch, które w ogóle nie występują w naturze i są całkowicie zaprojektowane przez człowieka? Ponadto zaś (co uczynili badacze pod kierunkiem Floyda Romesberga ze Scripps Research Institute w Kalifornii) zmusi się metodami inżynierii genetycznej pałeczkę, aby to ze wszech miar obce DNA przyjęła i hołubiła, a nie zniszczyła. To już takie całkiem żywe nie jest, bo wszelkie życie na Ziemi opiera się na tych czterech podstawowych cegiełkach (oznaczanych A, T, G, C) tworzących DNA. Innego życia nie znamy.

Powyżej opisany eksperyment wzbudził wówczas co najmniej mieszane uczucia u etyków i lekarzy, mimo że taka „sztuczna” bakteria nie była w stanie ze swoim „nieziemskim DNA” zrobić niczego poza powielaniem go w każdym pokoleniu. Natura komórki i jej działania jest bardzo skomplikowana; nie samym DNA komórka żyje.

Tym razem Neal Devaraj i jego koledzy z University of California w San Diego nie dają nam wiele do namysłu. Stworzone przez nich właśnie „komórki” są tak sztuczne, że nawet student I roku biologii nie miał by wątpliwości, patrząc na nie przez mikroskop, że to nic naturalnego.

Lekarze zrekonstruowali twarz mężczyzny za pomocą implantu 3D

Lekarze ze Szpitala Klinicznego im. A. Mielęckiego w Katowicach zrekonstruowali twarz mężczyzny, zniekształconą w wyniku wypadku, za pomocą...

zobacz więcej

Normalna żywa komórka jest podzielona na przedziały za pomocą dwuwarstwowej błony białkowo-lipidowej. Otoczka ta przepuszcza wodę i glukozę, pozostałe substancje mogą się do niej dostać tylko jeśli specjalne mechanizmy transportu na to pozwolą.

W syntetycznych komórkach z Kalifornii zamiast owej naturalnej błony lipidowej jest warstwa spolimeryzowanych akrylanów. Wprawdzie te pochodzą z syntezy laboratoryjnej, a ich cyjanowe pochodne znajdziemy w klejach takich jak super glue, to akrylany występują w naturze. Niektóre jednokomórkowce produkują i wykorzystują te trujące związki, by bronić się przed drapieżnikami.

Syntetyczne komórki stworzone przez Neala Devaraj mają specjalny przedział zawierający DNA, który to kwas nukleinowy oczywiście w całości zrobiono w syntezatorach. Przedział ów jednak nie jest – tak jak w prawdziwej komórce roślin czy zwierząt – otoczony błoną. Cytoplazma też nie przypomina chemicznie tej prawdziwej – jej podstawą są minerały, które niczym w biblijnym opisie, pochodzą z prochu ziemi (a dokładniej – gliny). Kształt tych syntetycznych komórek jest doskonale kulisty, nie maja bowiem żadnego cytoszkieletu czy ściany komórkowej, która warunkowałaby jakikolwiek inny.

Gdy już jednak wymienić wszystko, co w tych całkiem sztucznych komórkach jest nie tak jak w prawdziwych, czas przejść do tego, dlaczego są wielkim osiągnięciem nauki (przynajmniej w tym roku). Jak donoszą autorzy badań – te syntetyczne kule mogą wysyłać sygnały białkowe do swoich sąsiadów.

Resort nauki przeznaczył prawie 88 mln zł dla Polskiej Stacji Antarktycznej

Niemal 88 mln zł przekaże resort nauki na przebudowę infrastruktury Polskiej Stacji Antarktycznej im. H. Arctowskiego. – To największa dotacja dla...

zobacz więcej

Na przykład część komórek jest w stanie produkować niewielkie białko świecące na zielono (pochodzące z pewnej meduzy), a inne nie. Jednak to nieprodukujące są w stanie je uzyskać od producentów i zacząć świecić na zielono, gdy tylko pozwolić na komunikację pomiędzy tymi dwoma typami „komórek”.

Oznacza to co najmniej dwie rzeczy. Po pierwsze, że całkowicie „syntetyczne jądro komórkowe” jest w stanie sterować produkcją białek. A czynić to może w zaprezentowanym układzie jedynie dokładnie tak samo jak w naszych własnych, jak najbardziej naturalnych komórkach. Czyli stanowiąc matrycę dla powstawania cząsteczek innego kwasu nukleinowego – jednoniciowego RNA. On z kolei pozwoli (jako matryca, transporter elementów składowych i katalizator reakcji) na wytwarzanie zakodowanych pierwotnie w DNA białek.

Po drugie, taka komórka syntetyczna jest w stanie reagować na sygnały wysyłane z innych podobnych tworów i produkować to, co owe od niej sobie życzą.

Po co nam w ogóle sztuczne komórki? Przede wszystkim, aby inteligentniej i precyzyjniej dostarczać do tkanek to, co dzisiaj dostarczają liposomy.

Rewolucja liposomowa sprzed ćwierć wieku pozwala dziś nie tylko na wysyłanie tam, gdzie trzeba, leków przeciwnowotworowych, ale także antyoksydantów w kremach przeciwzmarszczkowych. Liposomy jednak są „głupie”. Nie zareagują na środowisko, nie zaczną produkować czegoś, czego w nie pierwotnie nie zapakowano. Syntetyczne komórki natomiast, podobne do tych, które właśnie stworzono w Kalifornii, są bardziej wrażliwe na środowisko i mogą wykonywać znacznie więcej różnorodnych zadań niż liposomy.

Można je zaprogramować za pomocą DNA, by dostarczały leki naprawdę precyzyjnie do guza, polowały na komórki nowotworowe rozsiane w organizmie i je zabijały, wykrywały toksyczne chemikalia czy były częścią medycznych testów diagnostycznych. Mogą też stać się w przyszłości podstawą do budowy sztucznych tkanek i inteligentnych materiałów.

Badania zespołu Neala Devaraj nie zostały jeszcze opublikowane i można się z nimi zapoznać w niepoddanym jeszcze redakcji manuskrypcie zamieszczonym na serwerze bioRxiv. Umieszcza się tam jedynie publikacje renomowanych laboratoriów, co pozwala się z nimi zapoznać szerokiemu gronu naukowców mogących mieć swoje uwagi, a nie tylko grupie kilku recenzentów.

źródło:
Zobacz więcej