دانشمندان برای اولینبار یک سلول مصنوعی ساختند! – سایت علمی بیگ بنگ
بیگ بنگ: دانشمندان بتازگی موفق شدند سلولهایی مصنوعی را پرورش دهند که با استفاده از DNA ساختهشده در آزمایشگاه، توانایی تقسیم شدن دارند.
به گزارش بیگ بنگ، دانشمندان دانشگاه مینهسوتا اعلام کردند که برای نخستینبار موفق شدند یک سلول مصنوعی را کاملاً از ابتدا بسازند و مشاهده کنند که این سلول چرخهای کامل شبیه حیات را طی میکند؛ چرخهای که حتی شامل تولیدمثل و تقسیم سلولی نیز میشود. “کیت آدامالا” زیستشناس حوزه زیستشناسی مصنوعی و یکی از رهبران این پروژه، گفت: «این هیجانانگیزترین و مهمترین کاری است که تاکنون در دوران فعالیت علمیام انجام دادهام. مدتی طول کشید تا واقعاً باور کنم که این اتفاق رخ داده است.»
وی افزود: «ما توانستیم با استفاده از شیمی، چیزی را بازسازی کنیم که پیش از این فقط در زیستشناسی امکانپذیر بود؛ یعنی مجموعه کامل رفتارهای یک سلول. این دستاورد نشان میدهد که بنیادیترین ویژگیهای حیات، مانند رشد و همانندسازی، برای شکلگیری به هیچ نیروی اسرارآمیز یا جادویی نیاز ندارند.»
به گفته پژوهشگران، اسپادسل(SpudCell) نخستین سامانه سلول مصنوعی است که بهطور کامل از اجزای غیرزنده ساخته شده و توانسته یک چرخه کامل سلولی را با موفقیت طی کند.
این پروژه اسپادسل نام دارد و ژنوم آن تنها ۹۰ هزار جفتباز (۹۰ kbp) است. برای مقایسه، ژنوم انسان حدود ۳ میلیارد جفتباز دارد و زیستشناسان پیشتر تصور میکردند که یک سلول زنده برای عملکرد صحیح، دستکم به ۱۱۳ هزار جفتباز اطلاعات ژنتیکی نیاز دارد.
به گفته “کیت آدامالا” و همکارانش، اسپادسل ظاهراً این مرز علمی را جابهجا کرده است؛ هرچند نتایج این پژوهش هنوز بهطور رسمی منتشر نشده و فرایند داوری علمی (Peer Review) را نیز پشت سر نگذاشته است.
با وجود اینکه مقاله هنوز بهطور رسمی منتشر نشده، نتایج آن در وبسایت مؤسسه غیرانتفاعی مهندسی زیستی Biotic، که آدامالا از بنیانگذاران آن است، در دسترس قرار گرفته است.
“آدامالا” دربارۀ لحظه مشاهده نتایج گفت: «وقتی برای اولینبار نتیجه را دیدم، شوکه شدم. بسیار خوشحال و آسودهخاطر بودم، اما در عین حال کمی هم شک داشتم؛ چون همیشه نتایج را چندینبار بررسی میکنم. وقتی تمام آزمایشهای کنترل و کنترلهای تکمیلی انجام شد، دیگر نتیجه برایم شگفتآور نبود و مطمئن شدم که واقعاً درست است.»
بر اساس گزارش مجله Science، این پروژه در مسیر انتشار با چالشهایی روبهرو شده است. ظاهراً یکی از داوران مجله معتبر Cell معتقد بوده که اسپادسل را نمیتوان یک دستاورد واقعی در زیستشناسی دانست. یکی از دلایل این دیدگاه آن است که اسپادسل هنوز تمام ویژگیهای یک موجود زنده را ندارد. این سلول نمیتواند در نسلهای متوالی خود را تکثیر کند و در نتیجه قابلیت تکامل و فرگشت نیز ندارد.
آدامالا در اینباره گفت: «به نظرم برخی زیستشناسان هنوز اهمیت سادگی مهندسیشده یک سلول حداقلی را بهخوبی درک نکردهاند. اگر اسپادسل را با سلولهای طبیعی مقایسه کنید، شاید چندان چشمگیر به نظر نرسد؛ زیرا رشد و تکثیر آن بسیار کند است و برای انجام فعالیتهایش به انرژی و منابع زیادی نیاز دارد.»
هر اسپادسل مصنوعی از یک لیپوزوم تشکیل شده است؛ یعنی یک کره کوچک از جنس چربی که غشای بیرونی سلولهای طبیعی را شبیهسازی میکند. درون این غشا هفت پلاسمید قرار گرفتهاند؛ پلاسمیدها مولکولهای کوچک DNA هستند که معمولاً در باکتریها یافت میشوند و با کروموزومهایی که در سلولهای انسان وجود دارند تفاوت دارند. این هفت پلاسمید در کنار هم، ژنوم کامل اسپادسل را تشکیل میدهند که در مجموع ۹۰ هزار جفتباز اطلاعات ژنتیکی را شامل میشود.
این «سلول» همچنین به یک سامانه داخلی بیان پروتئین (Protein Expression System) مجهز است؛ سامانهای که دستورالعملهای ژنتیکی موجود در DNA را به عملکردهای واقعی سلول تبدیل میکند. همین قابلیت به سلول اجازه میدهد مواد مغذی موجود در مایع اطراف خود را جذب کرده و آنها را به مواد موردنیاز تبدیل کند و در نهایت، فرایند تقسیم سلولی را انجام دهد.
به گفته پژوهشگران، سامانه اسپادسل قادر است فرایندهای زیر را انجام دهد:
- انتخاب (Selection)
- همانندسازی ژنوم
- رشد
- جذب منابع و مواد مغذی از محیط
- تقسیم سلولی که توسط اطلاعات ژنتیکی هدایت میشود
شاید این سؤال برایتان پیش بیاید که چرا دانشمندان اصلاً میخواهند سلولهای مصنوعی را از صفر بسازند؟ یکی از اهداف اصلی، پاسخ دادن به یکی از بنیادیترین پرسشهای علم است: مرز میان ماده بیجان و حیات دقیقاً کجاست؟ اما کاربردهای این فناوری به همینجا محدود نمیشود. در آینده، چنین سلولهای مصنوعی میتوانند مانند کارخانههای زیستی بسیار کوچک عمل کنند و موادی ارزشمند مانند داروها، زیستمواد، ترکیبات شیمیایی و بسیاری محصولات مفید دیگر را تولید کنند.
امروزه نیز آزمایشگاهها از باکتریها و میکروارگانیسمهای مهندسیشده ژنتیکی برای تولید مواد مختلف استفاده میکنند؛ برای مثال، انسولین پزشکی نیز با روشهای مشابه تولید میشود. با این حال، یک سلول کاملاً مصنوعی ممکن است در آینده دقت، کارایی و قابلیتهایی فراتر از فناوریهای زیستی کنونی ارائه دهد، هرچند ممکن است در برخی زمینهها هنوز به کارآمدی سلولهای طبیعی نرسد.
در حال حاضر، اسپادسل هنوز محدودیتهای مهمی دارد. این سلولها تنها چند نسل دوام میآورند و نمیتوانند برای مدت طولانی به تکثیر خود ادامه دهند. علاوه بر این، آنها قادر نیستند سامانه بیان پروتئین خود را تولید کنند یا سوختوساز (متابولیسم) خود را بهطور مستقل تنظیم کنند. به همین دلیل، کاملاً به مواد و ترکیبات موجود در مایع اطراف خود وابسته هستند.
این ساختارهای کروی همچنین فاقد اسکلت سلولی (Cytoskeleton) هستند؛ شبکهای داخلی که در سلولهای طبیعی نقش نگهدارنده دارد، به جابهجایی مواد درون سلول کمک میکند و در دفع مواد زائد نیز مؤثر است. نبود این ساختار باعث سادهتر شدن طراحی سلول شده، اما در عین حال تواناییهای آن را نیز محدود کرده است.
با وجود این محدودیتها، پژوهشگران تأکید میکنند که این پروژه یک اثبات مفهوم (Proof of Concept) مهم به شمار میرود؛ یعنی نشان میدهد که ساخت چنین سلولی امکانپذیر است و دانشمندان دیگر میتوانند در سالهای آینده آن را توسعه داده و کاملتر کنند.
کیت آدامالا در پایان گفت: «هدف ما این است که بتوانیم زیستشناسی را بهطور کامل مهندسی کنیم. برای رسیدن به این هدف، باید دقیقاً بدانیم هر جزء سازنده در کجا قرار میگیرد و یک نقشه کامل از ساختار سلول در اختیار داشته باشیم. اسپادسل چنین نقشهای را در اختیار ما قرار میدهد؛ چیزی که هیچ سلول شناختهشده دیگری ندارد. ما طرح کامل این سلول را در اختیار داریم و میتوانیم بر پایه آن، سامانههای زیستی جدید طراحی و مهندسی کنیم.»
او همچنین افزود: «امیدوارم پژوهشگران دیگر این بستر را گسترش دهند، تقسیم سلولی آن را کارآمدتر کنند (مثلاً برایش یک اسکلت سلولی اضافه کنند!) و مسیرهای متابولیکی قویتری در آن ایجاد کنند. اگر این اتفاق بیفتد، شاید یک سال کامل به تعطیلات بروم یا برای جشن گرفتن، کار دیوانهوار دیگری انجام دهم!»
در پایان، پژوهشگران یادآور شدهاند که این مطالعه هنوز فرایند داوری علمی (Peer Review) را پشت سر نگذاشته است، اما نسخه پیشچاپ (Preprint) آن در وبسایت مؤسسه Biotic منتشر شده و در دسترس پژوهشگران قرار دارد.
سایت علمی بیگ بنگ / منبع: sciencealert.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=109759
