Araştırmacılar, bir bakteri hücresini öldürüp ardından başka bir türün genomunu bu hücreye naklederek, yaşam ve ölüm arasındaki sınırı bulanıklaştırarak, cansız parçalardan yapılan ilk canlı sentetik bakteriyi yarattılar.
Mikroskop altında bakteri hücresi kolonileri. Mavi koloni sentetik genomu ifade ediyor; beyaz koloniler Mikoplazma kaprikulum Mitomisin C tedavisinden sağ kurtulan hücreler
Canlı, sentetik bir hücre, tam bir genomun ölü bir bakteriye nakledilmesi ve onu hayata döndürmesiyle yapıldı. Bu atılım, sentetik biyolojinin, sürdürülebilir yakıtlar, ilaçlar ve yeni malzemeler yaratma konusunda mühendislik organizmalarının büyük ama yine de uzak vaatlerini yerine getirmesine yardımcı olabilir.
Sentetik biyoloji, organizmaların istenen kimyasalları üretmesi için maya DNA’sının yeniden yazılması gibi yeni işlevler eklemek için biyolojik sistemlerde ince ayarlar yapılmasını veya yenilerinin yaratılmasını içerir. Daha çok yönlü tasarlanmış mikroplar yapma çabasıyla, 2010 yılında araştırmacılar bir bakteri genomu sentezlediler ve ardından onu canlı bir hücreye naklederek ilk sentetik hücre dedikleri şeyi yarattılar.
Ama bir sorun vardı. Hücrenin gerçekten orijinal genomu yerine sentetik genom tarafından yönetilip yönetilmediğinden emin olmak çok zordu çünkü bakteriler sıklıkla genetik materyali çevreden emer ve bunu yatay gen transferi adı verilen bir süreçte kendi genomlarına ekler.
Bu sorunu aşmak için Kaliforniya, La Jolla’daki J. Craig Venter Enstitüsü’nden (JCVI) John Glass ve meslektaşları önce konakçı hücreyi veya en azından genomunu öldürmeye karar verdiler.
Araştırmacılar, kanser hücrelerini DNA’larına zarar vererek öldürmek için kemoterapi ilacı olarak kullanılan mitomisin C adlı kimyasala yöneldiler ve bunu basit bakterinin hücreleri üzerinde denediler. Mikoplazma kaprikulum.
Yine JCVI’dan ekip üyesi Zumra Seidel, “Hücre hala sağlıklı, ancak artık çoğalamadığından ve genom artık işlevsel olmadığından ya ölmeye mahkumdur ya da çoktan ölmüştür” diyor.
Daha sonra başka bir bakterinin genomunun sentetik bir versiyonunu eklediler. Mikoplazma mikozlarıtam genom nakli dedikleri bir teknik kullanarak ölü hücrelere.
Bakterilerden bazıları normal şekilde büyüyüp bölünmeye başladı ve genetik testler onların sentetik genomu taşıdıklarını gösterdi. Bu durum onları, ölümden sonra yeniden canlandıkları için “zombi hücreleri” olarak adlandıran araştırmacıların iddiasına göre, onları cansız parçalardan oluşturulan ilk canlı, sentetik bakteri hücreleri yapıyor.
Glass, “Genomu olmayan bir hücreyi alıyoruz ve işlevsel olarak ölü durumda. Ancak yeni bir genom eklendiğinde o hücre yeniden diriliyor” diyor.
Minnesota Üniversitesi’nden Kate Adamala, çalışmayı teknik bir atılım olarak nitelendiriyor. “Cansız bir alıcıya bir genom yükü koyuyorlar, dolayısıyla konağın kendi onarım mekanizmalarından hiçbir yardım alamıyorlar. Esasen o hücreyi yedeklediler” diyor. “Harika bir iş.”
Adamala, bunun aynı zamanda yaşam ile yaşamsızlık arasındaki çizgiyi de bulanıklaştırdığını söylüyor. “Herhangi bir uygun canlı hücrenin iş modeli metabolize etmek ve çoğalmaktır. Bu işlevsellikler yaşamın ayırt edici özelliği haline geldi. Buradaki alıcı (hücrenin genomu) artık metabolizasyondan çok az şey yapıyor ve kesinlikle kopyalanmıyor. O halde yaşamın gerçek özelliği nedir?”
Gaithersburg, Maryland’deki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nden ekip üyesi Elizabeth Strychalski, biyolojinin rutin olarak yaşam ve ölüm arasındaki geçirgen bir sınırın ötesinde işleyebileceğini öne sürüyor. “Umarım bu, insanları hayatın bir dizi süreç olduğu konusunda düşünmeye teşvik eder ve eğer buna mühendislik zihniyeti getirirsek, yaşam sistemimize bakıp, başarmaya çalıştığımız nihai amaç için gerçekten hangi süreçlere ihtiyacımız olduğunu sorabiliriz.”
Teknik şu ana kadar sadece denendi Mikoplazmaancak ekip bunu, mini kimyasal fabrikalar olarak çalışacak, tedavi edici ilaçlar yapacak veya çevresel iyileştirmeler gerçekleştirecek sentetik organizmaların daha hızlı yaratılmasına olanak sağlayabilecek prensibin kanıtı olarak görüyor.
Strychalski, “Uzun süredir sentetik DNA’nın çok büyük parçalarını bir araya getirme yeteneğine sahiptik, ancak bunları yararlı şeyler yapabilecekleri bir yere teslim edemedik” diyor. “Bu, bir Shakespeare oyununun senaryosuna sahip olmak ama aslında onu canlandıramamak gibi bir şey.”
Harvard Tıp Fakültesi’nden Akos Nyerges, çalışmanın sentetik biyolojideki büyük bir zorluğu ele aldığını söylüyor. “Bu teknoloji, genom transferini daha öngörülebilir ve güvenilir bir strateji haline getiriyor ve bu da potansiyel olarak diğer türlerde birçok takip uygulamasının önünü açıyor” diyor.
Maya veya gibi daha karmaşık organizmalara doğru ilerlemek E. coli zorlayıcı olabilir çünkü bu organizmaların hücre duvarı vardır. Mikoplazma eksik ve daha büyük genomlar var, ancak Glass tekniğin onlarda da başarılı olacağı konusunda iyimser.
“Eğer bu bir organizma türü için işe yararsa, muhtemelen başka bir organizma için de işe yarayacaktır” diyor ve laboratuvarı hücre duvarlarını söküp değiştirmenin yollarını araştırıyor. “Doğru büyüme koşullarında, E. coli yeni bir hücre duvarı oluşturacak” diyor.
Nyerges, sentetik biyolojide her zaman biyogüvenlik sorunlarının ortaya çıkma ihtimalinin bulunduğunu söylüyor. Mikoplazma Araştırmada kullanılan türler keçi ve sığırlarda patojendir ancak modifikasyonların hiçbirinin virülansı artırmasının beklenmediğini söylüyor.
Strychalski, mevcut laboratuvar en iyi uygulamalarının patojenlerin kaçma riskinin minimum düzeyde olmasını sağladığını söylüyor.
