In anul 1984, cele mai simple celule capabile de crestere autonoma, micoplasmele, au fost propuse ca modele pentru intelegerea principiilor de baza ale vietii.
In aceasta saptamana, Craig Venter si institutul sau au reusit sa creeze o forma de viata, insa fara sa inteleaga cum functioneaza aceasta. Desi este o realizare incredibila, acestia sunt doar pasi marunti in domeniul biologiei sintetice.
Ideea de a crea cea mai simpla forma de viata posibila a venit fiecarui student care a studiat genetica. Insa care este baza genetica indispensabila pentru viata? Descoperind acesta baza ne va da o noua perspectiva asupra geneticii si definirea vietii in sine. Si daca am putea creea o astfel de forma de viata, am putea spune ca intelegem cum functioneaza aceasta. Sau cel putin, asta asta se credea.
Echipa lui Craig Venter a decis sa realizeze un microb cu cel mai simplu genom posibil (cu cat mai putine gene). In 1995 ei au lucrat pentru secventarea genomului unui microb numit Micoplasma mycoides, ce mai apoi sa fie modificat si transplantat in corpul unui organism diferit, producand o noua forma de viata. Numele acestui virus a fost “Syn 1.0” si a dat nastere biologiei sintetice.
Dar pentru a intelege ce face ca acest organism sa fie viu, trebuiau sa mearga mai departe. Echipa a dezactivat in mod sistematic gena dupa gena, pentru a-si da seama care gene sunt necesare pentru ca organismul sa traiasca. Experimentul a esuat si era clar ca nu am inteles functiile acestor gene asa cum am crezut.
Pentru a crea o celula viabila, au trebuit sa recurga la calculatoare, folosind algoritmi tip “genereaza si testeaza”, sau “brute-force statistical analysis”. Au spart un genom al unui microb M. mycoides in 8 parti si le-au amestecat si potrivit pentru a vedea rezultatele modificarilor.
Acest model “design – constructie – test” a fost folosit pentru a lua decizii in urmatoarea iteratie, pana ce algoritmii statistici au inceput sa aleaga gene care nu au mai fost vazute pana atunci. In acest mod au prins multe gene ce in cercetarile anterioare au fost omise sau altele care au fost sterse dar erau indispensabile. Au descoperit perechi (copi) de gene care indeplinesc aceeasi functie, asadar prin stergerea uneia, rezulta ca organismul poate trai fara ea, ceea ce initial a dus initial la concluzia gresita ca se pot lipsi de acea gena (stergand si gena copie).
Cu ajutorul algoritmilor si testelor repetate au reusit sa scoata unele gene din design-ul anterior si sa adauge multe altele ce au rezultat din analiza lor. Organismul rezultat a fost numit Syn 3.0 si cu o rata de dublare la 3 ore, este comparabil cu alti microbi similari.
Ceea ce este interesant este ca un numar mare de gene adaugat in Syn 3.0 (gene care aparent sunt necesare vietii) nu au o functie biologica cunoscuta. Genomul final cuprinde 473 gene dintre care 149 sunt deocamdata misterioase.
Conceptul de celula “simplificata” pare simplu la prima vedere, insa devine complicat la o inspectie amanuntita. Pe langa genele esentiale si neesentiale pentru ca organismul sa fie viu, exista si alte gene care nu sunt critice pentru viata, insa sunt esentiale pentru o dezvoltare solida a organismului. In consecinta, in timpul procesului de minimizare a genomului, exista un compromis intre marimea genomului si rata de crestere.
JCVI-sin 3.0 este o aproximare a unui genom celular minim, un compromis intre un genom mic si o rata de crestere viabila pentru un organism experimental. Syn 3.0 a pastrat aproape toate genele care sunt implicate in sinteza si prelucrarea macromoleculelor.
Prin reducerea numarului de gene, trebuia sa se simplifice procesele realizate de aceste gene. In schimb, prin acest experiment am vazut ca inca mai avem multe lucruri de aflat.
Cercetatorii au spus ca o noua versiune a Syn care sa aduca mai multa lumina asupra celor 149 gene ce nu au o functie biologica cunoscuta, ar putea dura un an, 10 ani sau chiar 50 de ani. Dar odata descoperite, vom putea creea o forma de viata pe care o vom intelege la nivel genetic si va fi o fundatie pe care vom putea construi. Iar de acolo, nimeni nu va putea prezice unde vom putea ajunge.
Surse:
http://science.sciencemag.org/content/351/6280/aad6253
Foto: www.extremetech.com