Nie stworzyli życia, ale są blisko. SpudCell je, rośnie i się dzieli

SpudCell nie powstała przez przerobienie istniejącej bakterii ani przez wszczepienie sztucznego DNA do naturalnej komórki. Wcześniejsze eksperymenty z minimalnymi genomami często polegały na upraszczaniu żywych organizmów albo podmienianiu ich instrukcji genetycznych. Tutaj punktem wyjścia było zbudować system komórkopodobny od dołu, z możliwie dobrze opisanych części.

Podstawą SpudCell jest liposom, czyli pęcherzyk zbudowany z lipidów. Są to tłuszczowe cząsteczki tworzące błony komórkowe, a więc naturalną granicę oddzielającą wnętrze komórki od środowiska. W takim pęcherzyku umieszczono materiał genetyczny oraz aparaturę potrzebną do odczytywania instrukcji zapisanych w DNA i wytwarzania białek.

SpudCell ma genom o długości około 90 tys. par zasad, rozdzielony na kilka cząsteczek DNA. Para zasad to podstawowa jednostka zapisu informacji genetycznej, czyli pojedynczy szczebel w długiej drabinie DNA. Dla porównania, ludzki genom jest nieporównanie większy i liczony w miliardach takich par, ale w tym eksperymencie chodziło nie o złożoność człowieka, tylko o sprawdzenie, ile trzeba, by uruchomić podstawowy cykl komórki.

SpudCell je. Tyle że to nie jest jedzenie w naszym rozumieniu. Ta sztuczna komórka nie poluje ani nie trawi, nie ma też własnego, pełnego metabolizmu jak bakteria. Zamiast tego rośnie, bo łączy się z małymi pęcherzykami, które dostarczają jej brakujących składników.

Te pęcherzyki można potraktować jak paczki z częściami zamiennymi. Zawierają lipidy potrzebne do powiększania błony, cząsteczki energii, enzymy i rybosomy. Rybosomy to mikroskopijne maszyny komórkowe, które składają białka według instrukcji zapisanej w materiale genetycznym. Bez nich DNA byłoby bardziej biblioteką, niż działającym programem.

SpudCell wytwarza białka zapisane w swoim DNA, a część z tych białek pomaga jej łączyć się z kolejnymi pęcherzykami pokarmowymi. Dzięki temu komórka rośnie, bo jej błona się powiększa, a wnętrze dostaje elementy potrzebne do dalszej pracy. To nadal dalekie od pełnej samowystarczalności, ale mechanizm ma jedną ważną cechę: jest sprzężony z genomem. Instrukcja zapisana w DNA wpływa na to, jak skutecznie komórka zdobywa zasoby.

W biologii to naprawdę ogromna sprawa. Jeżeli zapis genetyczny wpływa na wzrost, podział i sukces kolejnych pokoleń, zaczynamy zbliżać się do obszaru, w którym chemia przestaje być tylko mieszaniną cząsteczek, a zaczyna przypominać system podlegający selekcji.

Naturalne komórki dzielą się dzięki złożonym mechanizmom wewnętrznym. Jednym z nich jest cytoszkielet, czyli sieć białkowych struktur nadających komórce kształt, porządkujących jej wnętrze i uczestniczących w podziale. Zbudowanie takiego systemu od zera byłoby ekstremalnie trudne, bo wymaga koordynacji wielu białek i precyzyjnego ruchu wewnątrz mikroskopijnej przestrzeni.

SpudCell zamiast odtwarzać pełny cytoszkielet, wykorzystuje napięcie mechaniczne na powierzchni błony. W uproszczeniu, określone białka gromadzą się przy błonie, aż powstaje naprężenie, które sprzyja jej podziałowi. Komórka nie rozcina się więc jak naturalny organizm, ale efekt jest podobny: z jednej struktury powstają kolejne.

Jeśli wariant SpudCell produkuje więcej białka pomagającego we wzroście i podziale, to może wytwarzać więcej potomstwa. W doświadczeniach takie szybsze warianty zaczęły wypierać wolniejsze po kilku pokoleniach, szczególnie wtedy, gdy zasobów było mniej. To już brzmi jak bardzo prymitywna wersja konkurencji biologicznej. Najciekawsze jest jednak to, że układ naprawdę przechodzi cały cykl: pobiera zasoby, rośnie, kopiuje materiał genetyczny i dzieli się, a przy okazji widać, że jedne warianty radzą sobie lepiej niż inne.

SpudCell nie jest samodzielnym żywym organizmem. Nie ma pełnego metabolizmu, czyli własnego zestawu reakcji chemicznych pozwalających wytwarzać energię i budować potrzebne składniki z prostszych substancji. Musi dostawać z zewnątrz pęcherzyki z gotowymi elementami.

Nie potrafi też odtworzyć całej swojej wewnętrznej aparatury. Szczególnie ważne są rybosomy, bez których nie da się produkować białek. Obecna wersja SpudCell korzysta z dostarczonych rybosomów i po pewnej liczbie pokoleń jej możliwości słabną. To trochę tak, jakby zbudować maszynę, która potrafi kopiować część własnych instrukcji, ale nadal potrzebuje zewnętrznej fabryki produkującej kluczowe narzędzia.

Problemem jest również samo dziedziczenie. Gdy naturalna komórka się dzieli, musi przekazać komórkom potomnym właściwy zestaw informacji genetycznej. SpudCell robi to niedoskonale. Po kilku pokoleniach tylko część komórek potomnych zachowuje kompletny zestaw potrzebnych elementów DNA. To pokazuje, jak trudne jest nie samo zrobienie pęcherzyka, ale utrzymanie stabilnego systemu przez dłuższy czas.

Ten eksperyment ma tak naprawdę dwie strony. Z jednej jest czysta ciekawość naukowa: SpudCell pozwala zajrzeć pod maskę życia i sprawdzić, co naprawdę jest niezbędne, żeby coś zaczęło zachowywać się jak komórka. To nie dotyczy tylko nowoczesnych laboratoriów, ale też bardzo starego pytania o to, jak życie w ogóle mogło się zacząć na Ziemi. Jeśli da się taki cykl złożyć z pojedynczych, dobrze opisanych elementów, granica między zwykłą chemią a biologią przestaje być tak oczywista jak kiedyś.

Druga twarz jest natomiast niezwykle praktyczna. Takie syntetyczne komórki mogłyby w przyszłości stać się mikroskopijnymi fabrykami do produkcji leków, materiałów, enzymów albo paliw. Ich przewaga polegałaby na większej kontroli. Zamiast modyfikować żywy organizm z ogromną liczbą nie do końca przewidywalnych procesów, można próbować projektować prostszy układ, w którym wiadomo, co robi każdy element.

Przeczytaj także:

Jednak im bardziej biologia staje się inżynierią, tym bardziej rośnie znaczenie bezpieczeństwa. Jak pisaliśmy w tekście: To nie chatboty są najgroźniejsze. Prawdziwy koszmar to DNA na zamówienie, syntetyczny materiał genetyczny jest jednocześnie podstawą nowoczesnej medycyny, jak i obszarem wymagającym ostrożnej kontroli. SpudCell nie wygląda dziś jak bezpośrednie zagrożenie. Jest zbyt zależna od laboratoryjnych warunków i zbyt prymitywna. Pokazuje jednak, że pytania o biologię syntetyczną są coraz bardziej aktualne.

Przełom nie polega tu na stworzeniu małego potworka z probówki. Polega na rozpisaniu części życia na elementy, które da się złożyć, zmierzyć, zmienić i ponownie uruchomić. To może być dla biologii tym, czym dla informatyki były pierwsze prymitywne komputery. Niezgrabne, ograniczone, mało praktyczne, ale pokazujące, że nowa epoka naprawdę się zaczęła.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI