Mikroskopska vodna kapljica, obdana z maščobno membrano, v kateri so kemikalije in koščki DNK, ki kodirajo le 36 genov. Iz tega je sestavljena nova celica, ki je sicer še ni mogoče imenovati živa, a je nedvomno doslej najbližja točka gradnji žive celice iz nič. V študiji, ki je bila v teh dneh objavljena na spletu, sintetična biologinja z Univerze v Minnesoti Kate Adamala in njena ekipa prikazujejo, da se njihov razvoj z imenom »SpudCell« zna z združevanjem z drugimi kapljicami povečevati, podvajati svoj genom in deliti. Raziskovalci pa poudarjajo, da SpudCell še ni živa celica, saj se ne zna deliti več generacij in tudi ne prestajati evolucijskih sprememb.
Raziskovalci že dolgo sanjajo o tem, da bi celice ustvarili v laboratoriju, po eni strani zaradi razumevanja temeljev življenja, po drugi pa zaradi proizvodnje celic, ki jih je lažje spreminjati za izdelavo določenih spojin. Večina ekip pa si je zastavila nižje cilje in so poskušale posnemati posamezne celične funkcije, na primer prehranjevanje ali rast. Usklajevanje več funkcij je izjemen izziv, saj te običajno najbolje delujejo pod različnimi pogoji, na primer ob določeni količini magnezija ali pri določeni stopnji kislosti. »Združitev vseh teh funkcij v eni sami sintetični celici je podvig, na katerega je znanost že dolgo čakala,« pravi Job Boekhoven, sistemski kemik s Tehniške univerze v Münchnu, čeprav poudarja, da morajo trditve nove študije še skozi strokovno oceno.
Raziskovalci, ki poskušajo graditi sintetične celice, bodisi uporabljajo molekule, potrebne za že obstoječe življenje – na primer DNK in maščobne kisline –, bodisi razvijajo povsem sintetične gradnike. Razvijalci SpudCell sledijo prvi poti in se opirajo na sistem PURE, razvit pred več desetletji: to je nekakšen osnovni komplet biomolekul – vključno z beljakovinami in ribosomi –, ki so potrebne za transkripcijo DNK v mRNK ter translacijo RNK v beljakovine. Drugi raziskovalci so te gradnike vstavili v liposome – v bistvu vodne kapljice, obdane z maščobnimi kislinami –, da bi ustvarili sisteme, ki opravljajo nekatere osnovne funkcije celice, na primer izdelavo beljakovin. A takšne kapljice se nikoli niso znale prehranjevati in deliti prek svojega genoma.
S pametnimi inženirskimi rešitvami je raziskovalna skupina Kate Adamala celice SpudCell zasnovala tako, da znajo tudi to. Nabor genov, ki je 50-krat manjši od značilnega bakterijskega genskega materiala, so opremili z geni, ki SpudCell omogočajo izdelavo posebnih molekulskih označevalcev in njihovo izražanje na površini kapljice. Ti služijo kot oprijemališča za hranilne vezikle – to so manjši liposomi, ki vsebujejo encime in druge molekule, potrebne za celično kapljico. Te »hrane« omogočajo rast celic SpudCell in podvajanje njihovega genskega materiala.
V drugem koraku so raziskovalci v genom SpudCell zakodirali mehanizem za delitev kapljic: drugo vrsto površinskega označevalca, imenovanega FLAG, ki se zna vezati na veliko molekulo z imenom streptavidin. Vezava ustvari odbojno silo med površinskimi molekulami, in če v gojišče dodamo dovolj streptavidina, ta sila kapljico v bistvu razcepi na dva dela. »Preprostejši proces si težko predstavljamo,« pravi Adamala.
Adamala priznava, da je proces delitve zelo neučinkovit. Da bi dosegli več ciklov delitve, so morali raziskovalci celice SpudCell mehansko ločevati tako, da so jih potiskali skozi membrano z drobnimi luknjicami. Ko so to storili večkrat, se je pojavila nova težava: ker se podvojeni genomi med delitvijo ne ločijo pravilno, je po petih ciklih delitve celoten genom nosilo le 30 % celic SpudCell.
Sčasoma se v celicah SpudCell razgradi tudi ribosom, zapleteni stroj za izdelavo beljakovin, sistem pa nima načina, da bi izdelal nove ribosome ali odstranil stare. Kljub temu je SpudCell pomemben mejnik, pravi Drew Endy, sintetični biolog s Stanfordske univerze. Dokazuje, pravi strokovnjak, da lahko, če združimo štiri ali pet različnih stvari iz različnih znanstvenih dosežkov, dosežemo, da ta stvar raste in se deli.
Ker so sestavni deli SpudCell dobro znani, bodo biologi po besedah Kate Adamala lahko sistem postopoma izboljševali. »Ni zelo učinkovit, vendar natančno vemo, kako je zgrajen,« pravi. Nasprotno – dodaja – sintetične biologe, ki želijo žive celice spreminjati za druge namene, ovira pomanjkanje znanja. Medtem ko so njene celice podobne prvemu letalu bratov Wright, so raziskovalci, ki delajo z resničnimi celicami, »kot inženir, ki dobi celoten Dreamliner brez načrtov«.
Čeprav celice SpudCell še nimajo evolucijske sposobnosti, značilne za življenje, eden od poskusov Kate Adamala poskuša v to smer: v nekatere celice SpudCell je vnesla genetsko mutacijo, zaradi katere te izdelujejo več površinskih označevalcev za hranilne vezikle, zato sprejmejo več hrane in hitreje rastejo. In res, mutirane celice SpudCell so prekašale nemutirane različice: po petih ciklih rasti in delitve je mutacijo nosilo okoli 60 % genomov. To seveda ni naravna darwinovska evolucija, ker so mutacijo vnesli raziskovalci in so morali celice mehansko prisiliti k delitvi, vendar je velik korak k posnemanju tega.
