Cellule con sintesi completamente artificiale genoma sono stati segnalati per la prima volta nel 2010 da cui un minimalista genoma la cellula è stata derivata quella ha mostrato una morfologia anormale alla divisione cellulare. La recente aggiunta di un gruppo di geni a questa cellula minimalista ha ripristinato la normale divisione cellulare
Le cellule sono le unità strutturali e funzionali di base della vita, una teoria proposta da Schleiden e Schwann nel 1839. Da allora, gli scienziati si sono interessati a comprendere le funzioni cellulari cercando di decifrare completamente il codice genetico per capire come la cellula cresce e si divide in dare origine a più cellule di un tipo simile. Con l'avvento del DNA sequenziamento, è stato possibile decodificare la sequenza del genoma facendo così un tentativo di comprendere i processi cellulari per comprendere le basi della vita. Nel 1984 Morowitz propose lo studio dei micoplasmi, le cellule più semplici capaci di crescita autonoma, per comprendere i principi fondamentali della vita.
Da allora sono stati fatti diversi tentativi per ridurre la genoma dimensione a un numero minimalista dando origine a una cellula in grado di svolgere tutte le funzioni cellulari di base. Gli esperimenti portarono inizialmente alla sintesi chimica del Mycoplasma mycoides genoma di 1079 Kb nel 2010 ed è stato nominato JCVI-syn1.0. Ulteriori eliminazioni effettuate in JCVI-syn1.0 da Hutchinson III et al. (1) ha dato origine a JCVI-syn3.0 nel 2016 che aveva a genoma dimensione di 531 Kb con 473 geni e aveva un tempo di raddoppio di 180 minuti, pur avendo una morfologia anormale dopo la divisione cellulare. Aveva ancora 149 geni con funzioni biologiche sconosciute, suggerendo la presenza di elementi ancora da scoprire che sono essenziali per la vita. Tuttavia, JCVI-syn3.0 fornisce una piattaforma per indagare e comprendere le funzioni vitali applicando i principi dell'interogenoma progettazione.
Recentemente, il 29 marzo 2021, Pelletier e colleghi (2) hanno utilizzato JCVI syn3.0 per comprendere i geni richiesti per la divisione cellulare e la morfologia introducendo 19 geni nella genoma di JCVI syn3.0, dando origine a JCVI syn3.0A che ha una morfologia simile a JCVI syn1.0. alla divisione cellulare. 7 di questi 19 geni, includono due geni noti per la divisione cellulare e 4 geni che codificano per proteine associate alla membrana con funzione sconosciuta, che insieme hanno ripristinato il fenotipo simile a quello di JCVI-syn1.0. Questo risultato suggerisce la natura poligenica della divisione cellulare e della morfologia in una cellula genomicamente minima.
Considerato il fatto che JCVI syn3.0 è in grado di sopravvivere e moltiplicarsi in base al suo minimalismo genoma, può essere utilizzato come organismo modello per creare diversi tipi di cellule con varie funzioni che possono essere benefiche per l'uomo e l'ambiente. Ad esempio, si possono introdurre geni che portano alla dissoluzione della plastica in modo che il nuovo organismo creato possa essere utilizzato per la degradazione della plastica in modo biologico. Allo stesso modo, si può prevedere di aggiungere geni relativi alla fotosintesi in JCVI syn3.0 rendendolo suscettibile di utilizzare l’anidride carbonica dall’atmosfera riducendone così i livelli e contribuendo a ridurre il riscaldamento globale, un importante problema climatico che l’umanità deve affrontare. Tuttavia, tali esperimenti devono essere trattati con la massima cautela per garantire che non venga rilasciato nell’ambiente un super organismo difficile da controllare una volta rilasciato.
Tuttavia, l’idea di avere una cellula con un genoma minimalista e la sua manipolazione biologica può portare alla creazione di vari tipi di cellule con diverse funzioni in grado di risolvere i principali problemi che l’umanità deve affrontare e la sua sopravvivenza finale. Tuttavia, esiste una distinzione tra la creazione di una cellula completamente sintetica e la creazione di una cellula funzionalmente sintetica genoma. Una cellula artificiale completamente sintetica ideale sarebbe costituita da una cellula sintetizzata genoma insieme ai componenti citoplasmatici sintetizzati, un'impresa che gli scienziati vorrebbero realizzare prima o poi nei prossimi anni, quando i progressi tecnologici raggiungeranno il loro apice.
Il recente sviluppo potrebbe essere un trampolino di lancio verso la creazione di una cellula completamente sintetica in grado di crescere e dividersi.
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Riferimenti:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Progettazione e sintesi di un batterio minimo genoma. Scienza 25 marzo 2016: vol. 351, Edizione 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Requisiti genetici per la divisione cellulare in una cellula genomicamente minima. Cellula. Pubblicato: 29 marzo 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
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