Umělý život vyšívaný v laboratoři? Vědci vytvářejí syntetickou buňku, která normálně roste a dělí se

Ilustrace jednoduché syntetické buňky JCVI-syn3A. Kredit: © Emily Peltia

Nové poznatky osvětlují mechanismy, které řídí nejzákladnější životní procesy.

Před pěti lety vědci vytvořili jednobuněčný syntetický organismus, který obsahoval pouze 473 genů, nejjednodušší živou buňku, jakou kdy poznali. Tento organismus podobný bakteriím se však choval podivně, jak rostl a rozděloval se, a produkoval buňky zcela odlišných tvarů a velikostí.

Nyní vědci identifikovali sedm genů, které mohou být přidány, aby zkrotily nepoddajnou povahu buněk, což způsobilo, že se opatrně rozdělily do jednotných sfér. Tento úspěch, spolupráce mezi J. Craig Winter Institute (JCVI), National Institute of Standards and Technology (NIST) a Massachusetts Institute of Technology (SCentrum bitů a atomů, popsané v časopise buňka.

Identifikace těchto genů je důležitým krokem směrem k inženýrství syntetických buněk, které dělají užitečné věci. Takové buňky lze použít jako malé továrny na výrobu drog, potravin a paliv; Identifikovat nemoci a vyrábět léky k jejich léčbě během života v těle; A fungují jako malé počítače.

Ale když navrhnete a postavíte buňku, která dělá přesně to, co chcete, pomůže vám to, abyste měli seznam základních částí a znalostí, které do sebe zapadají.

„Chceme porozumět základním pravidlům plánování života,“ uvedla Elizabeth Strilechsky, spoluautorka studie a vedoucí skupiny pro buněčné inženýrství NIST. „Pokud nám tato buňka pomůže objevit a pochopit tato pravidla, pak závodíme.“

Syntetický organismus JCVI syn3A růst a dělení

Časosběrné video zobrazující buňky syntetického organismu JCVI-syn3A, které rostou a dělí se pod světelným mikroskopem, z výzkumné spolupráce mezi Jay Craig Winter Institute, National Institute of Standards and Technology a Massachusetts Institute of Beats and Atoms Institute of Technologie. Měřicí sloupec představuje 50 μm. Uznání: E. Strychalski, NIST a J. Pelletier, MIT

Vědci z JCVI postavili první buňku se syntetickým genomem v roce 2010. Tuto buňku nevybudovali úplně od nuly. Místo toho začali s velmi jednoduchými bakteriálními buňkami zvanými mykoplazma. Zničili DNA V těchto buňkách ji nahradil počítačem navrženou DNA a syntetizoval v laboratoři. Byl to první organismus v historii života na Zemi, který měl zcela syntetický genom. Říkali tomu JCVI-syn1.0.

Od té doby vědci pracují na šíření tohoto organismu do jeho minimálních genetických složek. Super jednoduchá buňka, kterou vytvořili před pěti lety, nazvaná JCVI-syn3.0, byla možná příliš minimalistická. Vědci přidali do této buňky 19 genových buněk, včetně sedmi potřebných pro normální dělení buněk, aby vytvořili novou verzi, JCVI-syn3A. Tato verze má méně než 500 genů. Uveďte toto číslo v perspektivě, Nehlasová schránka Bakterie, které žijí ve vašem střevě, mají asi 4 000 genů. V lidské buňce je asi 30 000 lidí.

„Chceme porozumět základním pravidlům plánování života. Pokud nám tato buňka může pomoci tato pravidla objevit a porozumět jim, pak závodíme.“ Elizabeth Strichelsky, spoluautorka výzkumu a vedoucí skupiny pro buněčné inženýrství NIST

Identifikace sedmi dalších genů trvala roky důsledného úsilí skupiny JCVI Synthetic Biology Group, vedené spoluautorem Johnem Glassem. Spoluautor a vědec JCVI Liji Sun zkonstruoval desítky variabilních kmenů systematickým přidáváním a odstraňováním genů. Poté si ona a ostatní vědci všimnou, jak tyto genetické změny ovlivnily růst a dělení buněk.

Úlohou NIST bylo měřit změny získané pod mikroskopem. To byla výzva, protože buňky musely být naživu pro pozorování. Použití výkonných mikroskopů k pozorování odumřelých buněk je relativně snadné. Zobrazování živých buněk je mnohem obtížnější.

Udržování těchto buněk pod mikroskopem bylo obzvláště obtížné, protože jsou tak malé a jemné. Sto nebo více se vejde do jednoho Nehlasová schránka Bakterie. Drobné síly je mohou roztrhat na kousky.

Syntetický organismus JCVIsyn3.0 růst a dělení

Časosběrné video zobrazující buňky syntetického organismu JCVIsyn3.0, které rostou a dělí se pod světelným mikroskopem, z výzkumné spolupráce mezi Jay Craig Wenter Institute, National Institute of Standards and Technology a Massachusetts Institute of Technology pro atomy a atomy . Měřicí sloupec představuje 50 μm. Uznání: E. Strychalski, NIST a J. Pelletier, MIT

Aby tento problém vyřešili, navrhli Strichlski a MIT, spoluautoři James Peltier, Andreas Marchin a Neil Gershenfeld, mikrofluidní chemostat – jakési akvárium -, ve kterém bylo možné buňky pod světelným mikroskopem krmit a spokojeně. Výsledkem bylo stop-motion video, které ukázalo růst a dělení syntetických buněk.

Toto video ukazuje buňky JCVI-syn3.0 – ty, které byly vytvořeny před pěti lety – rozdělené do různých tvarů a velikostí. Některé buňky tvoří dráty. Zdá se, že ostatní se úplně neoddělují a nevyrovnávají jako korálky na provázku. Navzdory rozmanitosti jsou všechny tyto buňky geneticky identické.

Toto video ukazuje, jak se nové buňky JCVI-Syn3A dělí na buňky s jednotnějším tvarem a velikostí.

Tato a další videa, jako jsou tato, umožnila vědcům zjistit, jak jejich genetické manipulace ovlivňují růst a dělení buněk. Pokud odstranění zahrady naruší normální proces, vrátili by ho a zkusili jiný.

„Naším cílem je znát funkci každého genu, abychom mohli vyvinout kompletní model chování buňky,“ uvedla Peltia.

Tohoto cíle však dosud nebylo dosaženo. Ze sedmi genů přidaných do tohoto organismu pro normální dělení buněk vědci vědí, co dělají jen dva z nich. Role, které hraje dalších pět v buněčném dělení, jsou stále neznámé.

„Život je stále černá skříňka,“ řekl Strichlski. Ale s touto jednoduchou syntetickou buňkou vědci pečlivě zkoumají, co se děje uvnitř.

Odkaz: „Genetické požadavky na buněčné dělení v genomicky minimální buňce“: James P. Pelatia, Liji Sun, Kim S. Wise, Nasira Assad-Garcia, Bogomil J. Carras, Thomas J. Dirk, Mark H. Allisman, Andreas Marchin . , Neil Gershenfeld, Ray-yuan Chuang, John A. Glass a Elizabeth A. Strichlski, 29. března 2021, buňka.
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.03.008

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.