תאים עם גנום מינימליסטי סינתטי עוברים חלוקת תאים תקינה

תאים עם מלאכותי מלאכותי לחלוטין הגנום דווחו לראשונה בשנת 2010 שממנו מינימליסטית הגנום התא נגזר כך הראה מורפולוגיה חריגה עם חלוקת התא. הוספה לאחרונה של קבוצת גנים לתא המינימליסטי הזה החזירה את חלוקת התא הנורמלית

תאים הם היחידות המבניות והתפקודיות הבסיסיות של החיים, תיאוריה שהוצעה על ידי שלידן ושוואן בשנת 1839. מאז, מדענים התעניינו בהבנת הפונקציות התאיות על ידי ניסיון לפענח את הקוד הגנטי במלואו כדי להבין כיצד התא גדל ומתחלק ל להוליד עוד תאים מסוג דומה. עם כניסתו של ה-DNA רצף, ניתן היה לפענח את רצף ה- הגנום בכך עושה ניסיון להבין את התהליכים התאיים כדי להבין את בסיס החיים. בשנת 1984 הציע מורוביץ את חקר המיקופלזמות, הפשוט ביותר תאים מסוגל לצמיחה אוטונומית, להבנת העקרונות הבסיסיים של החיים.  

מאז, נעשו מספר ניסיונות לצמצם את הגנום גודל למספר מינימליסטי היוצר תא המסוגל לבצע את כל הפונקציות הסלולריות הבסיסיות. הניסויים הובילו לראשונה לסינתזה כימית של Mycoplasma mycoides הגנום של 1079 Kb בשנת 2010 ונקרא JCVI-syn1.0. מחיקות נוספות שנעשו ב-JCVI-syn1.0 על ידי Hutchinson III et al. (1) הוליד את JCVI-syn3.0 בשנת 2016 שהיה לו א הגנום גודל של 531 Kb עם 473 גנים והיה לו זמן הכפלה של 180 דקות, אם כי בעל מורפולוגיה לא תקינה לאחר חלוקת התא. עדיין היו לו 149 גנים עם פונקציות ביולוגיות לא ידועות, מה שמצביע על נוכחותם של אלמנטים שעדיין לא התגלו החיוניים לחיים. עם זאת, JCVI-syn3.0 מספק פלטפורמה לחקירה והבנה של תפקודי חיים על ידי יישום העקרונות של שלם-הגנום עיצוב. 

לאחרונה, ב-29 במרץ 2021, Pelletier ועמיתיו (2) השתמשו ב-JCVI ​​syn3.0 כדי להבין את הגנים הנדרשים לחלוקת תאים ומורפולוגיה על ידי החדרת 19 גנים ב- הגנום של JCVI syn3.0, מה שמוביל ל-JCVI ​​syn3.0A שיש לו מורפולוגיה דומה ל-JCVI ​​syn1.0. עם חלוקת התא. 7 מתוך 19 הגנים הללו, כוללים שני גנים ידועים לחלוקת תאים ו-4 גנים המקודדים לחלבונים הקשורים לממברנה עם תפקוד לא ידוע, אשר יחד שיקמו את הפנוטיפ הדומה לזה של JCVI-syn1.0. תוצאה זו מעידה על האופי הפוליגני של חלוקת תאים ומורפולוגיה בתא מינימלי מבחינה גנומית.  

בהתחשב בעובדה שה-JCVI ​​syn3.0 מסוגל לשרוד ולהתרבות על סמך המינימליסטי שלו הגנום, ניתן להשתמש בו כדגם אורגניזם ליצירת סוגי תאים שונים בעלי תפקודים מגוונים שיכולים להועיל לבני אדם ולסביבה. לדוגמה, אפשר להכניס גנים שמובילים לפירוק פלסטיק כך שהאורגניזם החדש שנוצר יוכל לשמש לפירוק פלסטיק בצורה ביולוגית. באופן דומה, פעם אחת אפשר לחזות הוספת גנים הנוגעים לפוטוסינתזה ב-JCVI ​​syn3.0 מה שהופך אותו לאפשר להשתמש בפחמן דו חמצני מהאטמוספירה ובכך להפחית את רמותיו ולסייע בהפחתת ההתחממות הגלובלית, בעיה אקלימית מרכזית העומדת בפני האנושות. עם זאת, יש להתייחס לניסויים כאלה בזהירות מרבית כדי להבטיח שלא נשחרר בסביבה אורגניזם-על שקשה לשלוט בו ברגע שהוא משתחרר. 

אף על פי כן, הרעיון של תא עם גנום מינימליסטי והמניפולציה הביולוגית שלו יכולים להוביל ליצירת סוגי תאים מגוונים עם תפקודים מגוונים המסוגלים לפתור בעיות מרכזיות העומדות בפני האנושות והישרדותו האולטימטיבית. עם זאת, יש הבחנה בין יצירת תא סינטטי מלא לעומת יצירה של תא סינתטי פונקציונלית הגנום. תא מלאכותי סינתטי לחלוטין יהיה מורכב מסונתז הגנום יחד עם רכיבים ציטופלזמיים מסונתזים, הישג שמדענים ישמחו להשיג במוקדם מאשר מאוחר בשנים הקרובות כשההתקדמות הטכנולוגית מגיעה לשיאה.  

הפיתוח האחרון יכול להוות אבן דרך לקראת יצירת תא סינטטי מלא המסוגל לצמוח ולהתחלק. 

***

הפניות:  

1. Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. עיצוב וסינתזה של חיידק מינימלי הגנום. המדע 25 מרץ 2016: כרך 351, גיליון 6280, aad6253 
   DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253   

2. Pelletier JF, Sun L., et al 2021. דרישות גנטיות לחלוקת תאים בתא מינימלי מבחינה גנומית. תָא. פורסם: 29 במרץ 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008 

***