Sel-sel dengan sintesis buatan sepenuhnya genom dilaporkan pertama pada tahun 2010 yang mana minimalistik genom sel telah diperolehi bahawa menunjukkan morfologi yang tidak normal semasa pembahagian sel. Penambahan kumpulan gen baru-baru ini kepada sel minimalis ini memulihkan pembahagian sel normal
Sel ialah unit struktur dan fungsi asas kehidupan, teori yang dicadangkan oleh Schleiden dan Schwann pada tahun 1839. Sejak itu, saintis telah berminat untuk memahami fungsi selular dengan cuba menguraikan kod genetik sepenuhnya untuk memahami bagaimana sel berkembang dan membahagi kepada menimbulkan lebih banyak sel yang serupa. Dengan kedatangan DNA penjujukan, adalah mungkin untuk menyahkod urutan genom dengan itu membuat percubaan untuk memahami proses selular untuk memahami asas kehidupan. Pada tahun 1984, Morowitz mencadangkan kajian mycoplasmas, yang paling mudah sel-sel mampu pertumbuhan autonomi, untuk memahami prinsip asas kehidupan.
Sejak itu, beberapa percubaan telah dibuat untuk mengurangkan genom saiz kepada nombor minimalis yang menimbulkan sel yang mampu melaksanakan semua fungsi selular asas. Eksperimen mula-mula membawa kepada sintesis kimia Mycoplasma mycoides genom sebanyak 1079 Kb pada tahun 2010 dan dinamakan sebagai JCVI-syn1.0. Pemadaman lanjut dibuat dalam JCVI-syn1.0 oleh Hutchinson III et al. (1) menimbulkan JCVI-syn3.0 pada 2016 yang mempunyai a genom saiz 531 Kb dengan 473 gen dan mempunyai masa penggandaan selama 180 minit, walaupun mempunyai morfologi yang tidak normal semasa pembahagian sel. Ia masih mempunyai 149 gen dengan fungsi biologi yang tidak diketahui, mencadangkan kehadiran unsur yang masih belum ditemui yang penting untuk kehidupan. Walau bagaimanapun, JCVI-syn3.0 menyediakan platform untuk menyiasat dan memahami fungsi kehidupan dengan menggunakan prinsip keseluruhan-genom reka bentuk.
Baru-baru ini, pada 29 Mac 2021, Pelletier dan rakan sekerja (2) menggunakan JCVI syn3.0 untuk memahami gen yang diperlukan untuk pembahagian sel dan morfologi dengan memperkenalkan 19 gen dalam genom daripada JCVI syn3.0, menimbulkan JCVI syn3.0A yang mempunyai morfologi yang serupa dengan JCVI syn1.0. semasa pembahagian sel. 7 daripada 19 gen ini, termasuk dua gen pembahagian sel yang diketahui dan 4 gen yang mengekod protein berkaitan membran yang tidak diketahui fungsinya, yang bersama-sama memulihkan fenotip yang serupa dengan JCVI-syn1.0. Keputusan ini mencadangkan sifat poligenik pembahagian sel dan morfologi dalam sel minimum genomik.
Memandangkan fakta bahawa JCVI syn3.0 mampu bertahan dan membiak berdasarkan minimalistiknya genom, ia boleh digunakan sebagai organisma model untuk mencipta jenis sel yang berbeza yang mempunyai pelbagai fungsi yang boleh memberi manfaat kepada manusia dan alam sekitar. Sebagai contoh, seseorang boleh memperkenalkan gen yang membawa kepada pembubaran plastik supaya organisma baru yang dibuat boleh digunakan untuk degradasi plastik secara biologi. Begitu juga, sekali boleh membayangkan penambahan gen yang berkaitan dengan fotosintesis dalam JCVI syn3.0 menjadikannya wajar untuk menggunakan karbon dioksida dari atmosfera dengan itu mengurangkan tahapnya dan membantu dalam mengurangkan pemanasan global, isu iklim utama yang dihadapi manusia. Walau bagaimanapun, eksperimen sebegini perlu ditangani dengan sangat berhati-hati untuk memastikan kita tidak melepaskan organisma super dalam persekitaran yang sukar dikawal sebaik sahaja ia dilepaskan.
Walau bagaimanapun, idea untuk mempunyai sel dengan genom minimalis dan manipulasi biologinya boleh membawa kepada penciptaan jenis sel yang berbeza-beza dengan pelbagai fungsi yang mampu menyelesaikan isu-isu utama yang dihadapi manusia dan kelangsungan hidupnya. Walau bagaimanapun, terdapat perbezaan antara penciptaan sel sintetik sepenuhnya berbanding penciptaan sintetik berfungsi genom. Sel tiruan sepenuhnya sintetik yang ideal akan terdiri daripada sel yang disintesis genom bersama-sama dengan komponen sitoplasma yang disintesis, satu pencapaian yang para saintis ingin capai lebih awal daripada kemudian pada tahun-tahun akan datang apabila kemajuan teknologi mencapai kemuncaknya.
Perkembangan baru-baru ini boleh menjadi batu loncatan ke arah penciptaan sel sintetik sepenuhnya yang mampu pertumbuhan dan pembahagian.
***
Rujukan:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Reka bentuk dan sintesis bakteria minimum genom. Sains 25 Mac 2016: Jld. 351, Isu 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Keperluan genetik untuk pembahagian sel dalam sel minimum genomik. sel. Diterbitkan: 29 Mac 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
