Sztuczna komórka
Paweł Szablewski | 2006-05-30
Badania nad stworzeniem sztucznego życia pojawiły się na początku zeszłego stulecia, razem z pracami Millera nad powstaniem życia na ziemi. Pierwsze obserwacje tworów komórkopodobnych dotyczyły samotworzenia się pęcherzyków lipidowych w warunkach wodnych. Nazwane przez zespół S.W. Foxa z Instytutu Molekularnego i Komórkowej Ewolucji na Florydzie mikrosferami.
Mikrosfery odpowiednich warunkach potrafiły one selektywnie pobierać niektóre z jonów znajdujących się w otoczeniu, powiększać swe wymiary, a następnie rozpadać się na mniejsze i cały proces powtarzać. Ten sam zespół prowadził także prace nad samotworzeniem się związków katalitycznych, min. udało im się otrzymać krótkie białkopodobne polimery o raczej przypadkowej strukturze ale potrafiące tworzyć wiązania peptydowe między aminokwasami oraz wiązania między nukleotydami. Działały więc jak proste polimerazy.
O zbudowaniu bardzo skomplikowanej struktury, zdolnej pełnić podstawowe funkcje życiowe, pod koniec 2004r. w PNAS donosili Vincent Noireaux and Albert Libchaber z Rockefeller University w New York. Zbudowano ją z błon z tłuszczu jaja kurzego i wypełniono ekstraktem pochodzącym z bakterii Escherichia coli do tego dodano enzymy wirusowe zdolne czytać DNA oraz nić DNA od meduzy z genami flurescencyjnych białek. Było to wystarczające aby samodzielnie syntetyzowała białka. Po umieszczeniu w odpowiedniej pożywce struktura zaczęła świecić. Całość obumierało jednak w przeciągu dwóch godzin.
Kłopotem cały czas pozostawało samostworzenie się kodu powielającego. W latach 70-tych badania L.E, Orgela z Instytutu im. Salka w San Diego wykazały, iż cząstki kwasów neukleinowych nie potrzebują żadnych specjalnych enzymów aby powstać, a ich pojedyncze nici mogą tworzyć matryce do następnych cząstek. Wykorzystując jony ołowiu (Pb2+) i cynku (Zn2+) udało im się uzyskać nici składające się z 50 nukleotydów.
Jak donoszą najnowsze dane naukowców z Tokijskiego Uniwersytetu z Koh-ichiroh Shoda i Tadashi Sugawara udało im się doprowadzić do powstania liposomów zawierających samopowielający się materiał genetyczny.
Oprócz 100 nukleotydowego DNA komplet zawierał także enzym polimerazę, umożliwiający powielanie kwasu dezoksyrybonukleinowego oraz jednoniciowy DNA przytwierdzony do wewnętrznej błony liposomu. Jednoniciowy DNA łączył się z dwuniciowym, następnie przyłączała się polimraza i następowało powielenie całego materiału genetycznego zawartego w liposomie.
Struktury takie przypominają już komórki bakteryjne ale nie potrafią się dzielić.
Oprócz sztucznej komórki w 1983r. naukowca z Massachusetts General Hospital w Bostonie, Andrew Murray i Jack Szostak udało się stworzy pierwszy sztuczny chromosom YAC u drożdży. Tworzony in-vito, składa się z części końcowych chromosomu drożdży telomerów i części środkowej centromeru, a środek wypełnia się obcym DNA. Obecnie często wykorzystuje się go jako magazyn kodu genetycznego, nad którym się pracuje np. muszki owocowej, myszy, człowieka. Inżynierowie genetyczni potrafią umieścić w nim nawet do kilku milionów obcych nukleotydów.
W 2002r. udało się skonstruować pierwszy całkowicie syntetyczny wirus. Na podstawie spisu powstałego z mapowania wirusa Poli w State University of New York zsyntetyzowano go na nowo w probówce. Syntetyk niczym nie różnił się od wersji naturalnej. Wszczepiony do myszy wywoływał chorobę Heinego-Medina. Pozostaje tylko pytaniem czy wirusa można uznać za organizm żywy.
Nie do końca też wiadomo ile genów minimalnie potrzebuje komórka oby funkcjonować. Prace prowadzone w 1999r. na bakterii Mycoplasma genitalium przez Clyde Hutchinson z Uniwersytetu Północnej Karoliny wykazała, że do prawidłowego funkcjonowania mikroorganizmu wystarczy od 265 do 350 genów. Wynik ten osiągnięto wyłączając poszczególne geny (knockout) i sprawdzając czy komórka może dalej bez nich funkcjonować. Prace prowadzone przez profesora Hursta zarzucają tym wynikom, że nie biorą one pod uwagę możliwości komórek bakteryjnych do osiągani tych samych metabolitów różnymi szlakami, co może być przyczyną nie docenienia minimalnej liczby genów nawet o 50%.
Źródła:
- V.Noireaux, and A.Libchaber - A vesicle bioreactor as a step toward an artificial cell assembly, PNAS, 10.12.2004r.
- K.Shohda and T.Sugawara - DNA polymerization on the inner surface of a giant liposome for synthesizing an artificial cell model., Soft Matter, 2(5), 2006r.
- M.Fikus - Nasz czterdziesty siudmy, Wiedza i Życie, nr 6, 1997r.
- Z.Dworak, Z.Sołtys, M. Żbik - Wszechświat i ewolucja, Ludowa Spółdzielnia Wydawnicza, Warszawa 1989r.
- BBC news
- EurekAlert
Komentarze
filip | 2006-05-30 00:00:00
ciekawy artykul!
Souichi Tomoe | 2006-05-31 00:00:00
Aż się "Metropolis" Osamu Tezuki przypomina :)
xxx | 2006-06-26 00:00:00
ladna tresc, ale czesc tych badan niczego nie dowodzi na pierwotna komorka. Od wsadzili enzymy i substraty do liposomu i czekali czy zadziala...
Syntetyczny wirus to tez nie nowina - zwlaszcza ze skopiowali juz istniejacego a nie stworzyli cos nowego.
Ale ok od czegos trzeba zaczac, teraz trzeba nowe teorie sprawdzac.
Chałek | 2010-07-12 14:30:01
z tego co mi wiadomo niedawno udało\się stworzyć sztuczną komurke