Κάντε TO BHMA προτιμώμενη πηγή Μπορεί μια μικροσκοπική σταγόνα νερού με μια μεμβράνη από λιπίδια γύρω της και ένα «κοκτέιλ» χημικών και DNA μέσα της, το οποίο μάλιστα κωδικοποιεί μόλις 36 γονίδια, να γίνει… διάσημη παγκοσμίως; Και όμως αυτό συνέβη τις τελευταίες ημέρες καθώς μια τέτοια ταπεινή σταγόνα, που ήταν ουσιαστικώς ένα τεχνητό ζωντανό κύτταρο το οποίο «γεννήθηκε» από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Μινεσότα Twin Cities, χαρακτηρίστηκε ως το μεγαλύτερο ως σήμερα επίτευγμα της εμβιομηχανικής φέρνοντας ένα βήμα πιο κοντά τη δημιουργία ζωής στο εργαστήριο από το μηδέν.
Η αναπληρώτρια καθηγήτρια Συνθετικής Βιολογίας Κέιτ Ανταμάλα και οι συνεργάτες της βάφτισαν μάλιστα το τεχνητό τους κύτταρο, το οποίο έχει την ικανότητα να διαιρείται όπως ένα αληθινό, SpudCell (κοινώς κύτταρο-πατάτα). Εντυπωσιακό; Ναι. Αλλά με περιορισμούς, αφού το Spudcell μπορεί να είναι το πρώτο κύτταρο που πήρε (τεχνητή) «σάρκα και οστά», αλλά δεν κατάφερε να συνεχίσει να διαιρείται για πολλές γενιές, σαν τα πραγματικά κύτταρα, ούτε να ωριμάσει και να εξελιχθεί.
Φυσιολογικός κυτταρικός κύκλος
Σε κάθε περίπτωση το επίτευγμα της καθηγήτριας Ανταμάλα, το οποίο μέχρι στιγμής έχει εμφανιστεί στην πλατφόρμα προδημοσιεύσεων bioRxiv αλλά δεν έχει δημοσιευθεί επισήμως σε επιστημονικό περιοδικό, έχει κάνει εντύπωση. Και αυτό διότι η δημιουργία τεχνητών κυττάρων στο εργαστήριο αποτελεί επί μακρόν «Αγιο Δισκοπότηρο» για τους συνθετικούς βιολόγους.
Ωστόσο μέχρι σήμερα άλλες ομάδες είχαν επιτύχει να αναπαραγάγουν στο εργαστήριο μόνο μεμονωμένες κυτταρικές λειτουργίες – κανένας δεν είχε καταφέρει να βάλει στη θέση τους όλα τα κομμάτια του πολύπλοκου παζλ του συνόλου των κυτταρικών λειτουργιών που περιλαμβάνουν τη χρήση ενέργειας, την αναπαραγωγή, την ανάπτυξη και την εξέλιξη. Η ομάδα από τη Μινεσότα δείχνει τώρα να το κατάφερε δημιουργώντας ένα ζωντανό κύτταρο εργαστηρίου που ακολουθεί τον φυσιολογικό κυτταρικό κύκλο, μετατρέποντας αυτό που εθεωρείτο σενάριο επιστημονικής φαντασίας σε πραγματικότητα.
Οπως ανέφερε η «μητέρα» του SpudCell, δρ Ανταμάλα, στο ΒΗΜΑ-Science (η οποία συνεργάστηκε στενά για τη δημιουργία του με τον επίσης αναπληρωτή καθηγητή Ααρον Ενγκελχαρτ από το Κολέγιο Βιολογικών Επιστημών), η δημιουργία του αποτελεί μεγάλο επίτευγμα στην εμβιομηχανική, το οποίο ανοίγει τον δρόμο ώστε να βρεθούν λύσεις σε ορισμένα από τα πιο δισεπίλυτα προβλήματα της ιατρικής αλλά και της μηχανικής.
«Καταφέραμε να αναπαραγάγουμε στη χημεία κάτι το οποίο μέχρι σήμερα ήταν δυνατό μόνο στη βιολογία: όλο το εύρος των συμπεριφορών ενός κυττάρου. Και αυτό αποδεικνύει ότι οι πιο θεμελιώδεις λειτουργίες της ζωής, όπως η ανάπτυξη και ο πολλαπλασιασμός, δεν απαιτούν μια μυστηριώδη μαγική σπίθα προκειμένου να λάβουν χώρα».
Το σύστημα-«κουτί πρώτων βοηθειών»
Για να δημιουργήσουν το SpudCell (επρόκειτο ουσιαστικά για ένα παρατσούκλι που του δόθηκε όταν η ομάδα της καθηγήτριας Ανταμάλα επέμενε το κύτταρο να πάρει το όνομά της και εκείνη αρνιόταν πεισματικά, ώσπου είπε στους συνεργάτες της «δεν με νοιάζει πώς θα το πείτε, πείτε το ακόμη και πατάτα» – spud στην αργκό) οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα σύστημα, το αποκαλούμενο PURE, το οποίο αναπτύχθηκε πριν από δεκαετίες και βασίζεται σε υπάρχοντα μόρια της ζωής, όπως το DNA και τα λιπαρά οξέα.
Σημειώνεται ότι άλλες ομάδες προσπαθούν να δημιουργήσουν συνθετικά κύτταρα ακολουθώντας μια διαφορετική φιλοσοφία που αφορά τη δημιουργία τεχνητών θεμέλιων λίθων της ζωής.
Το σύστημα PURE αποτελεί ένα είδος βασικού «κουτιού πρώτων βοηθειών», το οποίο περιέχει τα απαραίτητα βιομόρια, περιλαμβανομένων των πρωτεϊνών και των ριβοσωμάτων, που απαιτούνται για να μεταγραφεί το DNA σε mRNA και στη συνέχεια να μεταφραστεί το RNA σε πρωτεΐνες.
Οι ερευνητές εφαρμόζοντας «έξυπνη» μηχανική χρησιμοποίησαν μια σταγόνα νερού περιτριγυρισμένη από λιπίδια που δημιουργούσαν την κυτταρική μεμβράνη και «προίκισαν» το μικρό γονιδίωμα του τεχνητού κυττάρου – 50 φορές μικρότερο από αυτό ενός τυπικού βακτηρίου – με γονίδια που επέτρεψαν στο SpudCell να παράγει απαραίτητα μόρια, ικανά να το θρέψουν κατάλληλα και να του δώσουν τη δυνατότητα να αντιγράψει το γενετικό υλικό του.
Σε ένα δεύτερο βήμα, η ερευνητική ομάδα εισήγαγε στο γονιδίωμα του SpudCell έναν μηχανισμό που επιτρέπει στις σταγόνες – κοινώς στα τεχνητά κύτταρα – να διαιρούνται.
Διαίρεση χωρίς κυτταροσκελετό
Η καθηγήτρια Ανταμάλα εξήγησε ότι τα SpudCells που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο διέθεταν τα βασικά χαρακτηριστικά των αληθινών κυττάρων: ακολουθούσαν τον βιολογικό κύκλο ζωής των κυττάρων – δηλαδή αναπαρήγαγαν το γονιδίωμά τους, αναπτύσσονταν, τρέφονταν και διαιρούνταν.
Κατάφερναν μάλιστα να διαιρούνται χωρίς να χρειάζονται το ειδικό εσωτερικό «καλούπι» των αληθινών κυττάρων που ονομάζεται κυτταροσκελετός. Τα κύτταρα εργαστηρίου με… καταγωγή από τη Μινεσότα παρέκαμπταν την ανάγκη κυτταροσκελετού μέσω πρωτεϊνών που συγκεντρώνονταν στην επιφάνεια της τεχνητής μεμβράνης έως ότου το μηχανικό στρες ανάγκαζε τη μεμβράνη να διαχωρίζεται.
Πάντως η διαδικασία της διαίρεσης των κυττάρων παραμένει, τουλάχιστον αυτή τη στιγμή, αρκετά αναποτελεσματική, παραδέχθηκε η δρ Ανταμάλα – μόλις το 30% των SpudCells έφεραν το πλήρες γονιδίωμα του μητρικού κυττάρου μετά από πέντε κύκλους διαίρεσης. «Βρισκόμαστε ακόμη στην αρχή» σημείωσε η καθηγήτρια και πρόσθεσε ότι «δείξαμε τώρα πως είναι δυνατό να παραγάγουμε μηχανικά τις βασικές λειτουργίες του κυττάρου. Για να κατανοήσουμε πλήρως την υπόσχεση αυτής της τεχνολογίας – για να την καταστήσουμε ισχυρή και πρακτική ώστε να αποκριθεί στις σύγχρονες προκλήσεις – απαιτείται διεθνής προσπάθεια».
Οι πιθανές εφαρμογές
Και ποιες είναι αυτές οι προκλήσεις; «Σήμερα για τη δημιουργία των περισσότερων από τα προϊόντα στα οποία βασιζόμαστε – φάρμακα, υλικά, βιομηχανικά χημικά – απαιτούνται μοριακές μετατροπές που περιλαμβάνουν φυσικά κύτταρα ή τη χρήση σκληρών χημικών με τεράστιο ενεργειακό κόστος.
Τα κύτταρα που θα δημιουργούνται στο εργαστήριο από το μηδέν θα μπορούν να κάνουν μοριακές τροποποιήσεις που η σύγχρονη βιομηχανική χημεία δεν είναι ικανή να κάνει.
Κάτι τέτοιο θα μπορούσε αρχικά να μεταμορφώσει τη μοριακή ιατρική, μέσω της δημιουργίας στοχευμένων θεραπευτικών μορίων, συμπεριλαμβανομένων φαρμάκων που θα ενσωματώνουν αμινοξέα τα οποία η ίδια η εξέλιξη δεν θα ενσωμάτωνε ποτέ.
Θα μπορούμε ακόμη στο μέλλον με χρήση τέτοιων κυττάρων να έχουμε υλικά που θα αναπτύσσονται μόνα τους, αντί να συντίθενται, καθώς και διαδικασίες παραγωγής που θα λαμβάνουν χώρα σε βιολογικές θερμοκρασίες και όχι στις πολύ υψηλότερες βιομηχανικές, γεγονός που θα συμβάλει στη μείωση του ενεργειακού κόστους».
Ενα (τεχνητό) κύτταρο, πολλές υποσχέσεις. Ενα αληθινό έργο επιστημονικής φαντασίας που έχει αρχίσει να γυρίζεται με αποκλειστικό πλατό το εργαστήριο. Αναμένουμε τη συνέχεια ελπίζοντας ότι το τέλος του θα είναι ευτυχές για την επιστήμη αλλά κυρίως για την κοινωνία…
