Érdemes megvizsgálni, hogy miként jutottak el idáig
Kutatók hosszú éveken át küzdöttek azzal a kihívással, hogyan tudnának teljesen az alapoktól, élettelen alkotóelemekből létrehozni olyasmit, ami viselkedésében és működésében hasonlít az élő sejtekhez. Most először sikerült egy molekulákból összerakott sejthártyába minden fontos komponenst bepakolni, hogy az így készült szintetikus sejt képes legyen növekedni, a saját DNS-ét lemásolni, majd szétválni két utódsejtté.
A sejt ugyan nem tekinthető teljesen élőnek – folyamatos tápanyag- és riboszóma-szállítmány nélkül életképtelen –, de eddig soha nem tapasztalt mértékben közelít az élethez laboratóriumi körülmények között. Ez a mérföldkő évtizedes álmot valósított meg, miszerint élettelen anyagokból, pusztán vegyi eszközökkel komplex, élethez hasonló rendszert alkossunk.
Mesterséges élet építőkockái
A földtörténeti múltban mintegy 4 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg az első úgynevezett protosejtek, amelyek táplálékot vettek fel, növekedtek és osztódtak, majd az evolúció hatására a sokféle, bonyolult élőlény kialakult. Ma sincs egyetértés abban, miként indult el az élet, de a kutatók egyik csoportja most megpróbálta ezt laboratóriumban modellezni.
Voltak, akik a baktériumok genetikai anyagát csupaszították le a legalapvetőbb génekre, hogy megértsék, mi a minimális életfeltétel. Mások szokatlan molekulákkal kísérleteztek. Kate Adamala és csapata azonban döntően ma is ismert, természetben megtalálható biomolekulákkal dolgozott, azzal a céllal, hogy felépítsenek egy olyan szintetikus sejtet, amely önállóan végigmegy egy teljes sejtcikluson.
Először a sejt legalapvetőbb rendszerét – a DNS-másolást – oldották meg több laboratórium fejlesztéseinek felhasználásával. Ehhez hozzáadtak egy 36 enzimet tartalmazó keveréket, amely azt biztosította, hogy a sejt le tudjon olvasni DNS-t, és fehérjéket tudjon gyártani. A genetikai rendszerek összehangolása után a szintetikus genom azonban még mindig nem tartalmazott anyagcseréhez szükséges géneket, ezért párhuzamosan előre elkészített, anyagot tartalmazó „tápláló csomagokat” be is juttattak: liposzómákat cukorral, enzimekkel, tRNS-sel és riboszómákkal.
A sejt felszínén ülő, módosított membránfehérje elősegítette, hogy ezek a tápanyagot szállító buborékok hozzátapadjanak a fősejthez, majd összeolvadjanak vele, így belülre jutott az utánpótlás. Komplex optimalizációs munka után az első laborban épített sejt végül növekedni kezdett, és lemásolta DNS-ét.
Sejtosztódás egyszerűen – vagy mégsem?
Az igazi áttörést magának az osztódásnak a megoldása jelentette. A természetes sejtek bonyolult fehérjevázainak mesterséges előállítása egyelőre túl nehéznek bizonyult, ezért Adamala más módszert választott. Egy külső rendszertől ellesett technikával fehérjecímkéket helyezett el a membránon, amelyek odavonzották azokat a fehérjéket, amelyek szétfeszítették az anyahólyagot, és két leánysejtté hasították. Néhány próbálkozás után végre működött: a szintetikus „sejt” tényleg osztódni kezdett.
A művi sejtek rendkívül aprók, genomjuk jóval kisebb, mint a baktériumoké, s mikroszkóp alatt nem tűnnek különösebben izgalmasnak – a sejtkészítői szenvedély viszont hőssé emelte a kutatókat, akik a sejteket végül viccesen „spudcell”-nek, azaz burgonyasejtnek nevezték el.
A következő szint: evolúció
Felmerül a kérdés: képes lehet-e egy ilyen szintetikus sejt az evolúcióra? A csapat elkezdte módosítani a DNS-t, hogy megtudják, kialakulhatnak-e úgy öröklődő tulajdonságok, mint nagyobb méret vagy gyorsabb osztódás. Kiderült, hogy a nagyobbra nőtt sejtek több utódot hoztak létre, s a populációban ezek kezdtek elterjedni – ez a szelekció első lépcsője.
A rendszer hátránya, hogy a genetikai variációt mesterséges módon kell létrehozni: a beépített enzimek túl pontosan dolgoznak, nem okoznak elég gyakran mutációt. Hiányzik tehát a valódi természetes evolúció alapfeltétele – ennek megoldása a következő nagy kihívás lesz. Ugyanígy korlátozza a rendszert, hogy a sejt nem tudja saját maga előállítani a riboszómáit, mint a természetes sejtek; ezért folyamatos külső ellátásra szorul.
Adamala szerint a citoszkeleton – belső sejtváz – mesterséges megteremtése is szükséges lesz a hatékonyabb osztódáshoz, ugyanis jelenleg rengeteg energia megy el a membránfehérjék toborzására.
Mire jó mindez – és merre tovább?
Bár még messze vagyunk attól, hogy valódi, önfenntartó műsejtet építsünk, ez a mostani eredmény minden eddiginél élőbbé tette a laboratóriumi sejtmodellt. Adamala találóan úgy fogalmazott: a modern élő sejt egy Boeing 787-es, nekik pedig épp most sikerült elkészíteniük egy szárnyakkal felszerelt repülő biciklit, amely végre valóban felszáll pár méterre.
A kutatócsoport adatait és módszereit nyilvánossá tette, hogy más laborok is fejleszthessék tovább a sejtmodellt: a cél, hogy egy napon bioplasztik, gyógyszerek vagy akár műtrágya energiahatékony előállítására használják a technikát.
Ezek a mesterséges sejtek végső soron nemcsak az ipar, hanem az élet eredetének kutatását is új szintre emelhetik, segítve hogy laboratóriumban ismerkedhessünk meg a biológia legmélyebb kérdéseivel: mi kell valóban az élethez? Ha meg akarod érteni az élet lényegét, először meg kell tanulnod életet készíteni.
