Solut täysin keinotekoisesti syntetisoitu genomin ilmoitettiin ensimmäisen kerran vuonna 2010, josta minimalistinen genomin solu johdettiin siitä osoitti epänormaalia morfologiaa solun jakautumisen yhteydessä. Geeniryhmän äskettäinen lisäys tähän minimalistiseen soluun palautti normaalin solunjakautumisen
Solut ovat elämän perusrakenteellisia ja toiminnallisia yksiköitä, jonka Schleiden ja Schwann ehdottivat vuonna 1839. Siitä lähtien tiedemiehet ovat olleet kiinnostuneita ymmärtämään solujen toimintoja yrittämällä tulkita geneettistä koodia täysin ymmärtääkseen, kuinka solu kasvaa ja jakautuu synnyttää lisää samanlaisia soluja. Tulon myötä DNA sekvensointi, on ollut mahdollista purkaa sekvenssi genomin yrittäen siten ymmärtää solun prosesseja elämän perustan ymmärtämiseksi. Vuonna 1984 Morowitz ehdotti mykoplasmojen tutkimusta, yksinkertaisinta solut kykenevä itsenäiseen kasvuun, ymmärtämään elämän perusperiaatteet.
Sen jälkeen on tehty useita yrityksiä vähentää genomin kooltaan minimalistinen luku, joka synnyttää solun, joka pystyy suorittamaan kaikki solun perustoiminnot. Kokeet johtivat ensin Mycoplasma mycoides -bakteerin kemialliseen synteesiin genomin 1079 kb vuonna 2010 ja nimettiin nimellä JCVI-syn1.0. Muita deleetioita JCVI-syn1.0:ssa Hutchinson III et ai. (1) aiheutti vuonna 3.0 JCVI-syn2016:n, jolla oli a genomin 531 kb:n kokoinen 473 geenillä ja sen kaksinkertaistumisaika oli 180 minuuttia, vaikkakin sillä oli epänormaali morfologia solun jakautumisen yhteydessä. Siinä oli edelleen 149 geeniä, joilla oli tuntemattomia biologisia toimintoja, mikä viittaa vielä löytämättömien elementtien läsnäoloon, jotka ovat välttämättömiä elämälle. JCVI-syn3.0 tarjoaa kuitenkin alustan elämän toimintojen tutkimiseen ja ymmärtämiseen soveltamalla koko-genomin design.
Äskettäin, 29. maaliskuuta 2021, Pelletier ja kollegat (2) käyttivät JCVI syn3.0:aa ymmärtääkseen solujen jakautumiseen ja morfologiaan tarvittavia geenejä ottamalla käyttöön 19 geeniä genomin JCVI syn3.0, jolloin syntyy JCVI syn3.0A, jonka morfologia on samanlainen kuin JCVI syn1.0. solun jakautumisen yhteydessä. Näistä 7 geenistä 19 sisältää kaksi tunnettua solunjakautumisgeeniä ja 4 geeniä, jotka koodaavat kalvoon liittyviä proteiineja, joilla on tuntematon toiminta ja jotka yhdessä palauttivat fenotyypin, joka on samanlainen kuin JCVI-syn1.0. Tämä tulos viittaa solujen jakautumisen ja morfologian polygeeniseen luonteeseen genomillisesti minimaalisessa solussa.
Ottaen huomioon sen tosiasian, että JCVI syn3.0 pystyy selviytymään ja lisääntymään sen minimalistisuuden perusteella genomin, sitä voidaan käyttää malliorganismina luomaan erilaisia solutyyppejä, joilla on erilaisia toimintoja, jotka voivat olla hyödyllisiä ihmisille ja ympäristölle. Voidaan esimerkiksi tuoda geenejä, jotka johtavat muovien liukenemiseen, jotta valmistettua uutta organismia voidaan käyttää muovien hajottamiseen biologisella tavalla. Samoin voidaan kuvitella fotosynteesiin liittyvien geenien lisäämistä JCVI syn3.0:ssa, mikä tekee siitä sopivan käyttää ilmakehän hiilidioksidia, mikä vähentää sen tasoa ja auttaa vähentämään ilmaston lämpenemistä, joka on ihmiskunnan suuri ilmastoongelma. Tällaisia kokeita on kuitenkin käsiteltävä äärimmäisen varovaisesti sen varmistamiseksi, ettemme vapauta ympäristöön super-organismia, jota on vaikea hallita sen vapautumisen jälkeen.
Siitä huolimatta ajatus solusta, jolla on minimalistinen genomi ja sen biologinen manipulointi, voi johtaa erilaisten solutyyppien luomiseen, joilla on erilaisia toimintoja ja jotka pystyvät ratkaisemaan ihmiskunnan ja sen lopullisen selviytymisen suuria ongelmia. Täyssynteettisen solun luomisen ja toiminnallisesti synteettisen solun luomisen välillä on kuitenkin ero genomin. Ihanteellinen täysin synteettinen keinotekoinen solu koostuisi syntetisoidusta solusta genomin yhdessä syntetisoitujen sytoplasmisten komponenttien kanssa, jonka tutkijat haluaisivat saavuttaa ennemmin tai myöhemmin tulevina vuosina teknologisen kehityksen saavuttaessa huippunsa.
Viimeaikainen kehitys voisi olla ponnahduslauta kohti täysin synteettisen solun luomista, joka kykenee kasvamaan ja jakautumaan.
***
Viitteet:
- Hutchison III C, Chuang R. et al 2016. Minimaalisen bakteerin suunnittelu ja synteesi genomin. Tiede 25 maaliskuu 2016: osa 351, numero 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Geneettiset vaatimukset solun jakautumiselle genomillisesti minimaalisessa solussa. Cell. Julkaistu: 29. maaliskuuta 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
