A biológusok és a rendszerkémikusok évtizedek óta álmodoznak arról, hogy a laboratórium steril falai között, alapvető kémiai építőelemekből hozzanak létre működő, élő sejteket. Ennek a Szent Grálnak a megtalálása nemcsak az élet kialakulásának megértésében jelentene hatalmas ugrást, de utat nyithatna olyan programozható, szintetikus organizmusok előtt is, amelyek célzottan állítanak elő gyógyszereket vagy speciális vegyületeket. A legtöbb kutatócsoport eddig jóval alacsonyabbra tette a lécet, és csupán egy-egy elszigetelt funkciót – például a táplálkozást vagy a növekedést – próbálta lemásolni, mivel ezek összehangolása elképesztően bonyolult. A Minnesotai Egyetem szintetikus biológusa, Kate Adamala és csapata azonban most egy jelentős előrelépésről számolt be: megalkották a SpudCellt, amely ugyan több, az élő sejtekre jellemző funkciót is képes ellátni, de a jelenlegi formájában még nem tekinthető valódi élő sejtnek – írja a Science.

Így táplálkozik a mesterséges élet

A kutatók az építkezés során a már meglévő biológiai molekulákra, pontosabban a több évtizede kifejlesztett PURE-rendszerre támaszkodtak. Ez lényegében a biomolekulák – köztük a fehérjék és a riboszómák – egyfajta alapvető eszközkészlete, amely a DNS átírásához és a fehérjék előállításához feltétlenül szükséges. A korábbi kísérletek során ezeket az építőköveket már sikeresen bejuttatták zsírsavakkal körülvett vízcseppekbe (liposzómákba), de azok sosem voltak képesek a saját genomjuk alapján táplálkozni és osztódni. A SpudCell ezzel szemben egy mintegy 90 ezer bázispárból álló, több plazmidra osztott mesterséges genommal rendelkezik, amely egy átlagos baktérium genomjánál körülbelül ötvenszer kisebb. A kutatók ezt úgy tervezték meg, hogy speciális molekuláris markereket hozzon létre a vízcsepp felszínén.

Ezek a markerek afféle dokkolóállomásként működnek az olyan kisebb zsírcseppek számára, amelyek a fő sejt számára létfontosságú enzimeket és molekulákat tartalmaznak. Ennek a fúziónak köszönhetően a SpudCell képes folyamatosan növekedni és lemásolni a saját DNS-ét. Az osztódáshoz a kutatók egy másik felszíni markert, az úgynevezett FLAG-et kódolták a sejtbe, amely egy sztreptavidin nevű nagy méretű molekulához kötődik. Ez a kötődés olyan erős fizikai taszítást generál a felszíni molekulák között, amely végeredményben kettészakítja a sejtet.

Az osztódási folyamat persze egyelőre rendkívül gazdaságtalan. A többszörös osztódási ciklus eléréséhez a kutatóknak fizikailag, egy apró lyukakkal ellátott membránon kellett átpréselniük a sejteket, öt generáció után pedig mindössze a SpudCellek harminc százaléka hordozta a teljes, roncsolódásmentes genomot. Szintén komoly gátat szab a fenntarthatóságnak, hogy a fehérjéket előállító komplex gépezet idővel lebomlik, és a rendszer egyelőre nem képes új riboszómákat termelni.

Botrányba fulladt a publikáció

Bár a SpudCell kétségtelenül nagyon messze van egy valódi, önállóan evolválódó sejttől, az alkotók szerint a kísérlet megmutatta a helyes irányt. Kate Adamala egy meglehetősen találó hasonlattal élve elmondta: a jelenlegi biológusok, akik már meglévő, élő sejteket próbálnak módosítani, úgy dolgoznak, mint egy repülőmérnök, akinek tervrajzok nélkül kellene átépítenie egy modern Boeing Dreamlinert. Ezzel szemben a SpudCell olyan, mint a Wright fivérek legelső, kezdetleges repülőgépe. Lehet, hogy sután mozog és esendő, de a készítői az utolsó apró csavarig értik a működését, így tudatosan és folyamatosan képesek tökéletesíteni azt.

A kísérletek során a kutatók már egy mesterséges mutációt is bejuttattak a rendszerbe, aminek hatására az érintett sejtek több felszíni markert termeltek, gyorsabban nőttek és hatékonyabban „táplálkoztak”. Öt generáció után ezek a feljavított verziók teljesen kiszorították a mutáció nélküli társaikat. Bár a szakértők leszögezték, hogy ez a mechanikus beavatkozások miatt még nem a klasszikus darwini evolúció, kétségtelenül a szintetikus kiválasztódás izgalmas előfutára.

A figyelemre méltó kutatási eredményeket azonban némileg beárnyékolja a kutatás kommunikációjának rendhagyó, sokak szerint etikátlan módja. A nívós Cell tudományos folyóirat ugyanis visszautasította a tanulmány közlését, miután az egyik szakmai bíráló szerint a SpudCell működése egyáltalán „nem valódi biológia”. Adamala válaszul egy meglehetősen szokatlan és agresszív utat választott: a 190 oldalas kéziratot embargózva elküldte a sajtó képviselőinek, még azelőtt, hogy feltöltötte volna a bioRxiv preprint szerverre, ahol a tudományos közösség és a független szakértők is transzparensen elolvashatták és értékelhették volna az eredményeket.

A biológusok egy része felháborodott az eljáráson, mondván, a független szakmai lektorálás megkerülése veszélyes és komolytalan precedenst teremt a szakmában. A támogatók – köztük a Stanford Egyetem kutatója, Drew Endy – viszont úgy vélik, hogy ez a fajta bátorság és a bürokrácia megkerülése feltétlenül szükséges volt ahhoz, hogy a szintetikus biológia végre megkapja a megérdemelt figyelmet. A médiahack olyannyira jól sikerült, hogy Endy és Adamala a napokban már be is jelentették egy Biotic nevű kutatóintézet megalapítását, amely 10 millió dolláros induló magántőkével igyekszik felgyorsítani és összehangolni a mesterséges sejtek fejlesztését a jövőben.

(Borítókép: A kép illusztráció! Fotó: Dragos Condrea / Getty Images)