Egy mikroszkopikus vízcsepp, amelyet zsírmembrán vesz körül, és amelyben vegyi anyagok, valamint mindössze 36 gént kódoló DNS-darabok találhatók. Ennyiből áll az új sejt, amely ugyan még nem nevezhető élőnek, de vitathatatlanul az eddigi legközelebbi pont egy élő sejt nulláról történő felépítéséhez. A napokban online közzétett tanulmányukban a Minnesotai Egyetem szintetikus biológusa, Kate Adamala és csapata bemutatja, hogy „SpudCell” nevű fejlesztésük képes más cseppekkel egyesülve növekedni, genomját replikálni és osztódni. A kutatók ugyanakkor leszögezik, hogy a SpudCell még nem élő sejt, mivel nem képes több generáción át osztódni, sem evolúciós változásokon átmenni.

A kutatók régóta álmodoznak arról, hogy laborban hozzanak létre sejteket, egyrészt az élet alapjainak megértése érdekében, másrészt olyan sejtek előállítása céljából, amelyeket könnyebben lehet módosítani bizonyos vegyületek előállítására. A legtöbb csapat azonban alacsonyabb célokat tűzött ki maga elé, és megpróbáltak egyes sejtfunkciókat, például a táplálkozást vagy a növekedést imitálni. Több funkció összehangolása rendkívül nagy kihívást jelent, mivel ezek általában más-más feltételek mellett működik a legjobban, például bizonyos mennyiségű magnézium vagy egy meghatározott savassági szint mellett. „Mindezeknek a funkcióknak egyetlen szintetikus sejtbe történő beépítése olyan bravúr, amelyre a tudomány már régóta várt” – mondja Job Boekhoven, a Müncheni Műszaki Egyetem rendszerkémikusa, bár hangsúlyozza, hogy az új tanulmány állításait még szakmai értékelésnek kell alávetni.

A szintetikus sejteket építeni próbáló kutatók vagy a már létező élethez szükséges molekulákat – például a DNS-t és a zsírsavakat – használnak fel, vagy teljesen szintetikus építőelemeket fejlesztenek ki. A SpudCell fejlesztői az előbbi utat követik, a több évtizeddel ezelőtt kifejlesztett PURE-rendszerre támaszkodva: ez egyfajta alapkészlet a biomolekulákból – beleértve a fehérjéket és a riboszómákat –, amelyek szükségesek a DNS mRNS-sé való transzkripciójához, valamint az RNS fehérjékké történő transzlációjához. Más kutatók ezeket az építőelemeket liposzómákba – lényegében zsírsavakkal körülvett vízcseppekbe – helyezték, hogy olyan rendszereket hozzanak létre, amelyek ellátják a sejt néhány alapvető funkcióját, például a fehérjék előállítását. De az ilyen cseppek soha nem voltak képesek a genomjuk révén táplálkozni és osztódni.

Okos mérnöki megoldások révén Adamala kutatócsoportja úgy tervezte meg a SpudCell sejteket, hogy ezt is meg tudják tenni. A tipikus bakteriális génállománynál 50-szer kisebb génkészletet olyan génekkel látták el, amelyek lehetővé teszik a SpudCell számára, hogy speciális molekuláris markereket állítson elő, és azokat a csepp felületén kifejezze. Ezek kapaszkodási pontokként szolgálnak a tápláló vezikulák számára – ezek kisebb liposzómák, amelyek enzimeket és más, a sejtcsepp számára szükséges molekulákat tartalmaznak. Ezek a „táplálékok” teszik lehetővé a SpudCell sejtek növekedését és génállományuk replikációját.

A második lépésben a kutatók a SpudCell genomjába kódoltak egy mechanizmust a cseppek osztódásához: egy másik típusú felszíni markert, az úgynevezett FLAG-et, amely képes kötődni egy streptavidin nevű nagy molekulához. A kötődés taszítóerőt generál a felszíni molekulák között, és ha elegendő streptavidint adnak a tápközeghez, az erő lényegében kettészakítja a cseppet. „Ennél egyszerűbb már nem is lehetne a folyamat” – mondja Adamala.

Adamala elismeri, hogy az osztódási folyamat nagyon hatástalan. Ahhoz, hogy több osztódási ciklust érjenek el, a kutatóknak mechanikusan kellett szétválasztaniuk a SpudCell sejteket úgy, hogy egy apró lyukakkal ellátott membránon keresztül nyomták őket. Miután ezt többször is elvégezték, egy újabb probléma merült fel: mivel a replikált genomok az osztódás során nem válnak szét megfelelően, öt osztódási ciklus után a SpudCell sejtek csupán 30%-a hordozta a teljes genomot.

Idővel a fehérjéket előállító komplex gépezet, a riboszóma is lebomlik a SpudCellekben, és a rendszernek nincs módja új riboszómákat előállítani vagy a régieket eltávolítani. Ennek ellenére a SpudCell egy fontos mérföldkő, mondja Drew Endy, a Stanford Egyetem szintetikus biológusa. Bizonyítja, hogy ha négy-öt különböző dolgot összeillesztünk különböző tudományos eredményekből, akkor elérhetjük, hogy ez a dolog növekedjen és osztódjon, mondja a szakértő.

Mivel a SpudCell alkotóelemei jól ismertek, Adamala szerint a biológusok fokozatosan képesek lesznek továbbfejleszteni a rendszert. „Nem túl hatékony, de pontosan tudjuk, hogyan épül fel” – mondja. Ezzel szemben – teszi hozzá – azokat a szintetikus biológusokat, akik élő sejteket akarnak más célokra módosítani, a tudás hiánya gátolja. Míg az ő sejtjei a Wright fivérek első repülőgépéhez hasonlítanak, addig a valódi sejtekkel dolgozó kutatók „olyanok, mint egy mérnök, akinek egy teljes Dreamlinert adnak a tervrajzok nélkül”.

Bár a SpudCellek még nem rendelkeznek az életre jellemző evolúciós képességgel, Adamala egyik kísérlete ebbe az irányba is próbálkozik: egyes SpudCell sejtekbe olyan genetikai mutációt juttatott be, amelynek hatására azok több felszíni markert termelnek a tápláló vezikulák számára, így több táplálékot vesznek fel, és gyorsabban növekednek. És valóban, a mutált SpudCellek felülmúlták a nem mutált változatokat: öt növekedési és osztódási ciklus után a genomok körülbelül 60%-a hordozta a mutációt. Ez persze nem természetes darwini evolúció, mert a kutatók építették be a mutációt, és mechanikusan kellett osztódásra bírni a sejteket, de nagy lépés ennek utánzása irányába.