سلول‌های دارای ژنوم حداقلی مصنوعی تحت تقسیم سلولی طبیعی قرار می‌گیرند

سلول ها با سنتز کاملا مصنوعی ژنوم اولین بار در سال 2010 گزارش شد که از آن یک مینیمالیستی است ژنوم سلول مشتق شده بود که مورفولوژی غیر طبیعی پس از تقسیم سلولی نشان داد. افزودن اخیر گروهی از ژن ها به این سلول حداقلی، تقسیم سلولی طبیعی را بازیابی کرد

سلول‌ها واحدهای ساختاری و عملکردی حیات هستند، نظریه‌ای که توسط شلایدن و شوان در سال 1839 ارائه شد. از آن زمان، دانشمندان علاقه‌مند به درک عملکرد سلولی با تلاش برای رمزگشایی کد ژنتیکی به طور کامل برای درک چگونگی رشد و تقسیم سلول بودند. سلول های بیشتری از نوع مشابه ایجاد می کند. با ظهور DNA توالی، امکان رمزگشایی دنباله از ژنوم بدین ترتیب تلاشی برای درک فرآیندهای سلولی برای درک اساس زندگی انجام می شود. در سال 1984، موروویتز مطالعه ساده ترین مایکوپلاسما را پیشنهاد کرد سلول های قادر به رشد مستقل، برای درک اصول اساسی زندگی.  

از آن زمان تاکنون، تلاش‌های متعددی برای کاهش آن صورت گرفته است ژنوم اندازه به یک عدد حداقلی باعث ایجاد سلولی می شود که قادر به انجام تمام عملکردهای اصلی سلولی است. این آزمایش ها ابتدا به سنتز شیمیایی Mycoplasma mycoides منجر شد ژنوم از 1079 Kb در سال 2010 و به عنوان JCVI-syn1.0 نامگذاری شد. حذف های بیشتر در JCVI-syn1.0 توسط Hutchinson III و همکاران انجام شده است. (1) باعث ایجاد JCVI-syn3.0 در سال 2016 شد که دارای یک ژنوم اندازه 531 کیلوبایت با 473 ژن و زمان دو برابر شدن 180 دقیقه، البته دارای مورفولوژی غیرطبیعی در تقسیم سلولی بود. هنوز 149 ژن با عملکردهای بیولوژیکی ناشناخته داشت که نشان دهنده وجود عناصر هنوز کشف نشده است که برای زندگی ضروری هستند. با این حال، JCVI-syn3.0 بستری برای بررسی و درک عملکردهای زندگی با به کارگیری اصول کلژنوم طرح. 

اخیراً، در 29 مارس 2021، Pelletier و همکاران (2) از JCVI syn3.0 برای درک ژن های مورد نیاز برای تقسیم سلولی و مورفولوژی با معرفی 19 ژن در سلول استفاده کردند. ژنوم از JCVI syn3.0، باعث ایجاد JCVI syn3.0A می شود که مورفولوژی مشابه JCVI syn1.0 دارد. پس از تقسیم سلولی 7 ژن از این 19 ژن، شامل دو ژن تقسیم سلولی شناخته شده و 4 ژن کد کننده پروتئین های مرتبط با غشاء با عملکرد ناشناخته است که با هم فنوتیپ مشابه JCVI-syn1.0 را بازسازی کردند. این نتیجه ماهیت چند ژنی تقسیم سلولی و مورفولوژی را در یک سلول حداقل ژنومی نشان می دهد.  

با توجه به این واقعیت که JCVI syn3.0 بر اساس مینیمالیستی خود قادر به زنده ماندن و ضرب است. ژنوممی توان از آن به عنوان یک ارگانیسم مدل برای ایجاد انواع مختلف سلولی با عملکردهای متنوع استفاده کرد که می تواند برای انسان و محیط زیست مفید باشد. به عنوان مثال، می توان ژن هایی را معرفی کرد که منجر به انحلال پلاستیک می شود تا از ارگانیسم جدید ساخته شده برای تجزیه پلاستیک به روشی بیولوژیکی استفاده شود. به طور مشابه، یک بار می توان اضافه کردن ژن های مربوط به فتوسنتز را در JCVI syn3.0 در نظر گرفت که آن را برای استفاده از دی اکسید کربن موجود در جو متمایل می کند و در نتیجه سطح آن را کاهش می دهد و به کاهش گرمایش جهانی کمک می کند، یک مشکل آب و هوایی مهم که بشر با آن مواجه است. با این حال، چنین آزمایش‌هایی باید با نهایت احتیاط انجام شوند تا اطمینان حاصل شود که یک ابر ارگانیسم را در محیطی که کنترل آن پس از رهاسازی دشوار است، آزاد نمی‌کنیم. 

با این وجود، ایده داشتن سلولی با ژنوم حداقلی و دستکاری بیولوژیکی آن می‌تواند منجر به ایجاد انواع سلول‌های متنوع با عملکردهای متنوع شود که قادر به حل مسائل عمده پیش روی بشر و بقای نهایی آن هستند. با این حال، بین ایجاد یک سلول کاملاً مصنوعی در مقابل ایجاد یک سلول مصنوعی عملکردی تفاوت وجود دارد. ژنوم. یک سلول مصنوعی کاملا مصنوعی ایده آل از یک سلول مصنوعی تشکیل شده است ژنوم همراه با اجزای سیتوپلاسمی سنتز شده، شاهکاری که دانشمندان دوست دارند زودتر از دیرتر در سال‌های آینده با رسیدن پیشرفت‌های فناوری به اوج خود دست یابند.  

توسعه اخیر می تواند گامی برای ایجاد یک سلول کاملا مصنوعی باشد که قادر به رشد و تقسیم است. 

***

منابع:  

1. Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. طراحی و سنتز یک باکتری حداقل ژنوم. علوم 25 مارس 2016: جلد. 351، شماره 6280، aad6253 
   DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253   

2. Pelletier JF, Sun L., et al 2021. الزامات ژنتیکی برای تقسیم سلولی در یک سلول حداقل ژنومی. سلول. تاریخ انتشار: 29 مارس 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008 

***