Oamenii de știință s-au întrebat de mult: pot crea o formă de viață sintetică cu drepturi depline? Biologul Anthony José a introdus conceptul unui cod celular, a cărui cunoaștere este necesară pentru a obține un organism artificial.
În prezent, cercetătorii tocmai au început să producă forme de viață artificiale prin reasamblarea genomului microorganismelor unicelulare. În special, în martie anul trecut, a apărut un articol într-una din publicațiile specializate în care oamenii de știință au descris procesul de creare a unei bacterii micoplasme cu numărul minim posibil de gene. Pentru a obține rezultatul dorit, oamenii de știință au inserat alternativ fragmente ale genomului modificat, care era aproape jumătate din dimensiunea originalului, în celula destinatară cu ADN-ul distrus.
Anul acesta, cercetătorii americani de la Universitatea Johns Hopkins au reușit să obțină drojdie cu cromozomi artificiali, din care au fost îndepărtate gene inutile și defecte. În plus, oamenii de știință au reușit să rupă codul genetic schimbând tripletele proteinelor TAG în TAA. Datorită acestui fapt, organismele au scăpat de fragmentul suplimentar care a servit codonii TAG.
În timp ce unii cercetători încearcă să creeze organisme unicelulare libere de resturi genetice, în același timp, alți oameni de știință încearcă să facă modificări în modul în care proteinele sunt codificate de o secvență ADN. În acest moment, progresul în această direcție este mai mult decât modest. Puținul care s-a făcut este diversificarea alfabetului ADN. Câteva litere au fost adăugate celor patru litere nucleotidice deja existente. Unul dintre articolele științifice vorbește despre modul în care un grup internațional de cercetători a reușit să introducă nucleotidele artificiale Y, X în genomul E. coli. în timp ce se dezvoltă cu succes.
Cu toate acestea, acesta este doar primul pas către un organism artificial cu drepturi depline. În etapa următoare, oamenii de știință intenționează să forțeze nucleotidele artificiale să codifice aminoacizii. În E. coli, proteinele sintetice Y, X au fost plasate într-o parte sigură a genomului, în afara secvențelor codatoare ale genelor. Altfel, noile peptide ar perturba pur și simplu procesul de sinteză a proteinelor. Celula nu ar ști pur și simplu pentru ce aminoacid este responsabil acest codon (YGC sau ATX). Biologii nu au creat încă un nou ARN de transport care va fi capabil să recunoască astfel de triplete și să introducă un anumit aminoacid în secvența de peptide în creștere.
Dar chiar și în astfel de condiții, un astfel de organism cu greu poate fi numit artificial. În același timp, oamenii de știință înțeleg care vor fi următoarele acțiuni. Un organism sintetic va primi nu numai nucleotide noi, ci și aminoacizi noi, care fie nu apar deloc, fie sunt extrem de rare în interiorul celulei. Oamenii de știință sunt conștienți de faptul că toate tripletele de nucleotide sunt codificate doar de douăzeci de aminoacizi standard. Unii alți aminoacizi, inclusiv selenocisteina, pot fi încorporați în proteină în anumite condiții. Datorită literelor suplimentare ale codului genetic, va fi posibil să se îmbogățească proteina și să se formeze codoni care vor corespunde noilor aminoacizi.
În ciuda faptului că biologia sintetică a obținut un anumit succes, cercetătorii încă nu știu exact ce informații sunt importante pentru a obține un organism cu caracteristicile date. Secvența ADN este doar un punct de plecare. Toate celulele unei plante sau animale conțin același genom, dar în cursul dezvoltării organismelor, celulele sunt delimitate, cu alte cuvinte, îndeplinesc funcții diferite. În acest proces, reglarea secundară (așa-numita epigenetică) joacă un rol important, în timpul căreia anumite gene sunt oprite sau activate de compuși. În cele din urmă, o celulă se poate transforma într-un fibroblast și cealaltă într-un neuron.
Anthony José, biolog la Universitatea din Maryland, studiază modul în care informațiile nongenetice definesc un organism. Cercetătorul a propus conceptul unui cod celular, care este închis în molecule biologice situate în spațiul tridimensional. Aceste molecule sunt necesare pentru a recrea restul organismului. Pentru a stoca aceste informații, nu sunt necesare toate celulele unui organism complex; mai multe sau chiar o celulă va fi suficientă. Pentru organismele care se reproduc sexual, un astfel de depozit este zigotul (aceasta este o celulă care se formează după fecundarea unui gamet feminin cu spermă).
Video promotional:
Potrivit cercetătorului, pentru a descifra codul celular, este necesar să se studieze întregul ciclu de reconstrucție a organismului. Cu alte cuvinte, este necesar să se ia în considerare dezvoltarea unui organism viu și reproducerea acestuia ca un singur proces. Pentru a înțelege pe deplin cum funcționează acest lucru, nu este suficient să descifrăm ADN-ul.
În timpul formării unui zigot, formarea unui nou organism este influențată nu numai de ADN-ul obținut din ovocit și spermă, ci și de citoplasma gametului. Substanțele care se acumulează în timpul maturării gametelor (ARNm, proteine, factori de transcripție) pot provoca efectul matern. Sunt prezenți în stadiile incipiente de dezvoltare a embrionului și sunt chiar capabili să-l omoare (acest lucru este tipic pentru gândacii de gandaci mai). Structura spațială a acestor substanțe joacă, de asemenea, un anumit rol. În special, ele formează axele corpului la insecte și determină bucla cojilor la moluște.
Omul de știință va propune următoarea schemă: o celulă care are macromolecule biologice și alți compuși, în procesul de interacțiune cu nutrienți, molecule de semnalizare și temperatură (adică factori externi), intră într-o altă stare, care, la rândul său, afectează mediul. În mod similar, întregul sistem trece printr-un anumit număr de cicluri, în timp ce acumulează substanțe noi. Noua etapă depinde de cea anterioară, deci poate fi prezisă.
Jose este îngrijorat de faptul că biologii încă nu cunosc întregul cod celular al celui mai simplu organism, dar aceștia, lucrând cu ADN, s-au angajat totuși să creeze o formă de viață semi-artificială. Potrivit cercetătorului, astfel de manipulări cu material genetic seamănă cu înlocuirea pieselor dintr-un anumit mecanism, astfel încât acestea pot fi foarte riscante din punct de vedere al eticii.
Pentru a descifra codul celular, biologul propune să compare caracteristicile interne ale zigotilor într-o serie de generații ale celor mai simple microorganisme, de exemplu, algele unicelulare. În aceste scopuri, bacteriile semi-artificiale cu un genom minim pot fi, de asemenea, adecvate. Studiind efectul patern sau matern, va fi posibil să se stabilească factori externi semnificativi. Și studiul aranjamentului spațial al unor molecule importante poate fi realizat utilizând analize sistemice biochimice și moleculare folosind molecule fluorescente.
