Ερευνητές υποστηρίζουν ότι βρίσκονται ένα βήμα πιο κοντά στη δημιουργία ζωής από το μηδέν αφού κατάφεραν να κατασκευάσουν μικροσκοπικές παλλόμενες δομές που χρησιμοποιούν συνθετικό DNA για να τρέφονται, να αναπτύσσονται και να πολλαπλασιάζονται μέσα σε εργαστηριακό δοχείο.
Τα συνθετικά κύτταρα δημιουργήθηκαν από χημικές ενώσεις και θεωρείται ότι είναι τα πρώτα που καταφέρνουν να ολοκληρώσουν ολόκληρο τον κυτταρικό κύκλο δηλαδή την ανάπτυξη, την αντιγραφή του γενετικού υλικού και τη διαίρεση παράγοντας την επόμενη γενιά κυττάρων.
Η έρευνα ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία τεχνητών οργανισμών που θα μπορούν να σχεδιάζονται και να κατασκευάζονται ώστε να παράγουν φάρμακα, τρόφιμα, καύσιμα και άλλα χρήσιμα υλικά. Παράλληλα ενδέχεται να συμβάλει στην απάντηση ενός από τα βαθύτερα επιστημονικά ερωτήματα: πώς ορισμένοι συνδυασμοί άψυχης ύλης ξεπερνούν ένα κρίσιμο όριο και μετατρέπονται σε ζωή.
«Δεν είναι τόσο ανθεκτικά, τόσο γρήγορα ή τόσο αποτελεσματικά όσο ένα φυσικό κύτταρο στις περισσότερες λειτουργίες του όμως αποτελούν απόδειξη ότι τα μόρια μπορούν να αναπαράγουν συμπεριφορές που μέχρι σήμερα συνδέαμε αποκλειστικά με τα φυσικά ζωντανά κύτταρα. Αν θέλουμε πραγματικά να μπορούμε να σχεδιάζουμε βιολογικά συστήματα, πρέπει να κατανοήσουμε πλήρως το σχέδιο λειτουργίας τους και κάθε επιμέρους στοιχείο του, ώστε να γνωρίζουμε ακριβώς τι τροποποιούμε» λέει η Δρ. Κέιτ Αντάμαλα από το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, επικεφαλής της έρευνας.
Το επίτευγμα
Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να δημιουργήσουν συνθετική ζωή. Το 2010 ο αείμνηστος πρωτοπόρος της γενετικής Κρεγκ Βέντερ δημιούργησε έναν οργανισμό βασισμένο σε ένα βακτήριο που προκαλεί μαστίτιδα στις κατσίκες. Έκτοτε έχουν πραγματοποιηθεί και άλλες παρόμοιες προσπάθειες.
Αντί όμως να τροποποιήσουν φυσικά κύτταρα, η ομάδα της Αντάμαλα κατασκεύασε τα λεγόμενα SpudCells εξ ολοκλήρου από την αρχή ώστε κάθε συστατικό τους να είναι γνωστό και πλήρως κατανοητό. Η διαδικασία ξεκίνησε από μικροσκοπικές σφαίρες γεμάτες νερό γνωστές ως λιποσώματα που είχαν διάμετρο λίγων χιλιοστών του χιλιοστού. Στη συνέχεια προστέθηκε μικρή ποσότητα συνθετικού DNA το οποίο παρέχει τις βασικές λειτουργίες του κυττάρου. Η ονομασία SpudCells παραπέμπει στην πολωνική καταγωγή της ερευνήτριας αφού «spud» είναι μια δημοφιλής λέξη για την πατάτα στις ΗΠΑ. Όπως είπε η ίδια: «Είμαι Πολωνή. Είμαι κατά κύριο λόγο φτιαγμένη από πατάτες»
Τα SpudCells μπορούν να λειτουργήσουν μόνο μέσα σε υγρό που περιέχει μεγάλες ποσότητες απαραίτητων χημικών ουσιών όπως το ATP, το βασικό μόριο μεταφοράς ενέργειας που τα φυσικά κύτταρα παράγουν από τα θρεπτικά συστατικά. Για να αναπτυχθούν, συγχωνεύονται με ακόμη μικρότερα «τροφοδοτικά» λιποσώματα που περιέχουν μόρια, ένζυμα και ριβοσώματα, δηλαδή τις μικροσκοπικές δομές που απαιτούνται για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Το γονιδίωμά τους περιέχει επίσης οδηγίες για την αντιγραφή του DNA και τη διαίρεση του κυττάρου.
Προκειμένου να προσομοιώσουν την εξελικτική αρχή της επιβίωσης του ισχυρότερου, οι ερευνητές έδειξαν ότι SpudCells με γενετικό πλεονέκτημα στην ανάπτυξη εξαπλώθηκαν στον πληθυσμό και επικράτησαν έναντι των αρχικών κυττάρων. Ο καθηγητής Τομ Έλις από το Imperial College του Λονδίνου χαρακτήρισε το επίτευγμα ως τη σημαντικότερη πρόοδο του τομέα τα τελευταία χρόνια.
«Η δημιουργία ενός συνθετικού κυττάρου μάς βοηθά να κατανοήσουμε ποιες είναι οι απολύτως ελάχιστες προϋποθέσεις για την ύπαρξη ζωής και πώς αυτή θα μπορούσε να έχει προκύψει από τη χημεία. Παράλληλα μας προσφέρει ένα πλήρως κατανοητό σύστημα για τη δοκιμή βιολογικών κυκλωμάτων και υπολογιστικών μοντέλων της κυτταρικής ζωής» εξηγεί ο Έλις.
Η Αντάμαλα περιέγραψε ως εντυπωσιακή την παρακολούθηση της διαίρεσης των SpudCells. «Είναι από τις πιο όμορφες εικόνες που έχω δει, αν και προφανώς είμαι προκατειλημμένη. Για τους περισσότερους ανθρώπους, όταν τα βλέπουν στο μικροσκόπιο, δεν μοιάζουν με κάτι ιδιαίτερο. Είναι απλώς μια μικρή μάζα» Τόνισε πάντως ότι τα SpudCells δεν είναι ζωντανά αλλά ενδέχεται να αποτελέσουν τη βάση πάνω στην οποία θα μπορέσει κάποτε να δημιουργηθεί ζωή.
Ο νέος οργανισμός και οι αμφιβολίες
Για την Αντάμαλα η έρευνα αποδεικνύει ότι τα συνθετικά κύτταρα μπορούν να παρουσιάζουν συμπεριφορές παρόμοιες με εκείνες των ζωντανών κυττάρων. Ωστόσο απέχουν πολύ από το να διαθέτουν τις ίδιες δυνατότητες. Τα SpudCells εξαρτώνται πλήρως από τις ουσίες και τα συστατικά του υγρού στο οποίο βρίσκονται. Δεν μπορούν να κατασκευάσουν τον δικό τους μηχανισμό παραγωγής πρωτεϊνών, να ρυθμίσουν τον μεταβολισμό τους ή να απομακρύνουν τα απόβλητά τους. Επιπλέον κατά τη διαίρεσή τους συχνά μεταφέρουν λανθασμένη ποσότητα DNA στα νέα κύτταρα και παύουν να λειτουργούν ύστερα από λίγες γενιές.
Η Αντάμαλα και άλλοι επιστήμονες δημιουργούν έναν νέο οργανισμό με την ονομασία Biotic ο οποίος θα συγκεντρώσει τη διεθνή τεχνογνωσία με στόχο να εξελίξει τα SpudCells σε πολύ πιο προηγμένα συστήματα. Σύμφωνα με τον Ντρου Έντι καθηγητή εμβιομηχανικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ και συνιδρυτή του οργανισμού, στόχος είναι η δημιουργία ενός «λειτουργικού συστήματος για τη ζωή» βασισμένου στα γονίδια και τη βιοχημεία. Η μελέτη δημοσιεύθηκε αρχικά ως προδημοσίευση πριν από την αξιολόγηση από άλλους επιστήμονες ώστε να μπορέσουν τα υπόλοιπα εργαστήρια να εξετάσουν άμεσα τα αποτελέσματα.
Ο καθηγητής Τζον Ντιπρέ, φιλόσοφος και ιδρυτής του Κέντρου Μελέτης των Επιστημών της Ζωής στο Πανεπιστήμιο του Έξετερ, αμφισβήτησε τη χρησιμότητα αυτών των συνθετικών κυττάρων και κατά πόσο θα είναι αποτελεσματικότερα από γενετικά τροποποιημένα βακτήρια για την παραγωγή φαρμάκων, τροφίμων, καυσίμων και άλλων υλικών. Εκτίμησε επίσης ότι ίσως δεν μας διδάξουν πολλά για τη φύση της ζωής.
«Ίσως αποτελέσουν ένα ισχυρό επιχείρημα απέναντι σε όσους πιστεύουν ότι υπάρχει κάποια άυλη ουσία η οποία εμφυσά ζωή στην ύλη. Ωστόσο σήμερα σχεδόν κανένας επιστήμονας δεν υποστηρίζει πλέον αυτή την άποψη. Εκείνο που λείπει είναι η σχεσιακή διάσταση της ζωής καθώς γίνεται ολοένα και πιο σαφές ότι η ζωή βασίζεται σχεδόν πάντα στη συμβίωση μεταξύ οργανισμών. Αν τα συνθετικά κύτταρα χρησιμοποιηθούν αποκλειστικά για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ουσιών, αυτή η διάσταση μπορεί να απουσιάζει, μαζί όμως θα απουσιάζει και ένα από τα πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά των πραγματικά ζωντανών οργανισμών» ανέφερε.
