Le prime cellule con genoma sintetizzato completamente artificiale sono state segnalate per la prima volta nel 2010 da cui è stata derivata una cellula del genoma minimalista che 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 sequenziando, è stato possibile decodificare la sequenza del genoma tentando così di comprendere i processi cellulari per comprendere le basi della vita. Nell'anno 1984 Morowitz propone lo studio dei micoplasmi, le cellule più semplici capaci di una crescita autonoma, per comprendere i principi di base della vita.
Da allora, sono stati fatti diversi tentativi per ridurre la dimensione del genoma a un numero minimalista dando origine a una cellula in grado di svolgere tutte le funzioni cellulari di base. Gli esperimenti hanno portato per la prima volta alla sintesi chimica del genoma di Mycoplasma mycoides di 1079 Kb nell'anno 2010 ed è stato chiamato 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 una dimensione del genoma di 531 Kb con 473 geni e aveva un tempo di raddoppio di 180 minuti, sebbene avesse una morfologia anormale alla 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 necessari per la divisione cellulare e la morfologia introducendo 19 geni nel 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, include due geni noti di divisione cellulare e 4 geni che codificano per proteine associate alla membrana di 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.
Dato che JCVI syn3.0 è in grado di sopravvivere e moltiplicarsi in base al suo genoma minimalista, può essere utilizzato come organismo modello per creare diversi tipi di cellule con varie funzioni che possono essere utili 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, una volta può prevedere l'aggiunta di geni relativi alla fotosintesi in JCVI syn3.0 rendendolo suscettibile di utilizzare l'anidride carbonica dall'atmosfera riducendo così i suoi livelli e aiutando 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 rilasciamo un super organismo nell'ambiente che è 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 affliggono l'umanità e la sua sopravvivenza finale. Tuttavia, esiste una distinzione tra la creazione di una cellula completamente sintetica rispetto alla creazione di un genoma funzionalmente sintetico. Una cellula artificiale completamente sintetica ideale consisterebbe in un genoma sintetizzato insieme a componenti citoplasmatici sintetizzati, un'impresa che gli scienziati adorerebbero realizzare prima o poi nei prossimi anni, quando i progressi tecnologici raggiungeranno il suo 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 genoma batterico minimo. 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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