Olimlar o'sish va bo'linish qobiliyatiga ega bo'lgan birinchi sun'iy hujayraning muvaffaqiyatli yaratilganini e'lon qilishdi. Garchi bu tuzilma tirik hujayraning ba'zi asosiy funksiyalarini takrorlasa-da, u hali ham faol ishlash uchun tashqi qo'llab-quvvatlashga muhtoj va olingan natijalar boshqa tadqiqotchilar tomonidan tasdiqlanishi kerak.
O'nlab yillar davomida biologiyaning asosiy vazifalaridan biri butun hujayrani faqat kimyoviy moddalardan qurish imkoniyatini aniqlash edi. Endi Minnesota universiteti jamoasi bu yo'nalishda sezilarli qadam tashlanganini da'vo qilmoqda.
Tadqiqotchilar SpudCell deb nomlangan sun'iy tuzilmani ishlab chiqdilar. Bu hujayra tirik organizmlarga xos bir qator funksiyalarni bajarishga qodir: u ozuqalanishi, o'sishi, DNAsini nusxalashi, ikkita yangi hujayraka bo'linishi va hatto boshqa shunga o'xshash tuzilmalar bilan ozuqa uchun raqobatlashishi mumkin.
Ushbu tadqiqot bioRxiv oldindan nashrlar serverida e'lon qilingan, bu esa u hali hakimiyatdan o'tmaganligini, ya'ni boshqa olimlar uni ilmiy jurnalda rasman nashr etishdan oldin tahlil qilmaganligini anglatadi. Natijalar tasdiqlansa, bu sintez biologiyasi uchun muhim yutuq bo'ladi.
Muhim jihat shundaki, bu yaratilgan birinchi sintez hujayra emas. 2010 yilda J. Kreig Venter Instituti olimlari laboratoriyada to'liq sintezlangan DNK ga ega bakteriya ishlab chiqarishga muvaffaq bo'lgan. Biroq, o'sha tajriba haqiqiy bakteriyaga asoslangan edi. Yangi tadqiqot esa teskari yo'lni amalga oshirishni maqsad qildi — deyarli hamma narsani noldan qurish.
Olimlar jarayonni yog'dan yasalgan kichik mikroskopik pufakchalarni, ya'ni liposomalarni tayyorlash bilan boshladilar. Bu pufakchalar barcha hujayralarni o'rab turuvchi membrananing soddalashtirilgan funksiyasini bajaradi. Ushbu pufakchalarning ichiga suv, zarur molekulalar va atigi 36 genli kichik DNK to'plami joylashtirildi. Taqqoslash uchun, odatiy bakteriyada taxminan 4400 ta gen mavjud.
Natijada hosil bo'lgan SpudCell kartofel (spud) bilan o'xshashligi va kosmik poyga boshlanishining belgisi bo'lgan Sputnikga ishora qilgani uchun nom olgan. Tadqiqot rahbari, polak, nom tanlash borasida The Guardian intervyusida hazil qilib, «U asosan kartofeldan yasalgan» deb aytgan.
Hujayra ozuqa moddalari boy eritma ichiga joylashtirildi. U ATP (Adenozin trifosfat) ni singdirdi — deyarli barcha ma'lum hayot uchun energiya manbai bo'lgan molekula, shuningdek, oqsil va boshqa zarur komponentlarni tashuvchi mayda «oziq» pufakchalari bilan birlashdi. Ushbu material kirib kelishi bilan SpudCell kattalashdi. Ma'lum bir o'lchamga yetganda, uning membranasida oqsil to'planishi hujayraning ikki qismga bo'linishiga sabab bo'ldi, bunda har biri DNK nusxasini meros qildi.
Bu, to'liq tirik bo'lmagan komponentlardan yig'ilgan hujayraning o'sish, genetik materialni replikatsiya qilish va bo'linish siklini yakunlagan birinchi holatidir.
Biroq, hujayra hali tirik hisoblanmaydi. Asosiy cheklov shundaki, SpudCell o'zining ribosomalarini — hujayra ichidagi miniatyura oqsil fabrikalari sifatida ishlaydigan tuzilmalarni mustaqil ishlab chiqara olmaydi. Buning o'rniga, unga tadqiqotchilar oziq pufakchalari orqali yetkazib beradigan tayyor ribosomalar kerak. Ushbu «qo'llab-quvvatlash»siz hujayra besh-o'n pokillikdan keyin funksionalligini yo'qotadi.
Bundan tashqari, uning DNK juda oddiy: inson genomida taxminan 3 milliard baz parchasining juftligi mavjud bo'lsa, SpudCell genomida atigi 90 mingta mavjud. Bundan tashqari, uning genetik materiali yetti alohida fragmentga bo'lingan, ular doimiy ravishda farzand hujayralar orasida to'g'ri taqsimlanmaydi, bu esa uning laboratoriyada yaratilgan sharoitlarga to'liq bog'liq bo'lishini talab qiladi.
Biroq, SpudCell evolyutsion bilan bog'liq xatti-harakatni namoyish etdi. Tadqiqotchilar oziqni samaraliroq qabul qiladigan o'zgartirilgan versiyani yaratdilar. Ikki turdagi hujayra birga o'sishni boshlaganda, mutant variant ko'proq nasl berdi va besh pokillikdan so'ng, ayniqsa ozuqa tanqisligi paytida, ustunlik qildi. Bu hujayra tabiiy organizm kabi evolyutsiya qilayotgani degani emas, lekin sun'iy tizim ham oddiy tanlanish jarayonini bosib o'tishi mumkinligini ko'rsatadi.
Ushbu tadqiqotning maqsadi tabiiy organizmlar o'rniga sun'iy hayot yaratish emas. Olimlarning fikricha, hujayrani qismlarga ajratib qurish narsa tirik organizm kabi xatti-harakat qilish uchun minimal komponentlar to'plamini aniqlashga yordam beradi. Bu tushuncha amaliy qo'llanish yo'lini ochishi mumkin: kelajakda sintezlangan hujayralar dorilar, yangi materiallar yoki tabiiy hujayralar yarata olmaydigan molekulalarni ishlab chiqarish uchun dasturlashlanishi mumkin.
Biroq, bu hali uzoq. Münster universiteti biokimyogi Serafina Vegner, ishda ishtirok etmagan, Science jurnaliga: «Bu juda qiziqarli maqola, ammo men bu biz to'liq sintezlangan hujayrani yaratishga yaqinlashganimizni anglatmasligiga ishonaman» dedi.
Jamoaning keyingi vazifasi kelajakdagi SpudCell versiyalari o'z ribosomalarini mustaqil ishlab chiqarishi va tadqiqotchilar tomonidan ta'minlanadigan «ovqatlanish»ga bog'liqligini yo'qotishi kerak. Hozircha SpudCell turli hayot xususiyatlari kimyoviy komponentlardan to'liq qurilgan tuzilmada paydo bo'lishi mumkinligining dalili sifatida qaralishi kerak. Stanford universiteti bioingenyori Drew Andy New York Times intervyusida xulosa qilganidek, bu yutuq Wright aka-ukalarning birinchi parvoziga o'xshaydi: «Wright Flyerning 12 soniya parvozi sizni Boeing 737 ga aylantirmaydi. Bu faqat boshlanish».
Minnesota universiteti tadqiqotchilari sintez biologiyasi sohasida ajoyib yutuqni e'lon qilishdi: SpudCell deb nomlangan sun'iy hujayralar yaratildi. Bu sintezlangan tuzilmalar oziqlanish, ko'payish va replikatsiya kabi hayotiy funksiyalarni bajarish qobiliyatiga ega, garchi ular an'anaviy ma'noda tirik deb hisoblanmasa ham.
SpudCelllar haqiqiy biologik hujayraning fundamental jarayonlarini taqlid qilish uchun mo'ljallangan tizimlardir. Ular to'liq organizmlar bo'lmasa-da, ular o'sish, bo'linish va resurslar uchun raqobatlashish kabi sezilarli xususiyatlarni namoyish etadi. Tizim tabiiy hujayralarga nisbatan sezilarli darajada soddalashtirilgan; inson genomida taxminan 20 ming gen mavjud va Escherichia coli bakteriyasi 4 mingdan ortiq, ammo SpudCelllar faqat 36 ta gen bilan ishlaydi.
Bu eksperimentda ishlatilgan komponentlarga DNK nusxalash kabi birinchi darajali funksiyalarni bajaruvchi 36 ta gen, shuningdek, muhim kimyoviy reaksiyalarni amalga oshirishga yordam beradigan oqsil va molekulalar kiradi. Shuningdek, sun'iy membranalar sifatida harakat qiluvchi lipid vesikulalari va oqsil sintezi uchun tashqi tomondan ta'minlangan ribosomlar qo'llanilgan.
Minnesota universiteti sintez biologi Kate Adamala ushbu loyihaga rahbarlik qildi. Uning jamoasi tirik hujayralarning tipik reaksiyalarini bajarishga qodir tuzilmalarni hosil qilish uchun turli kimyoviy moddalarni birlashtirdi. Buning uchun viruslardan va Escherichia coli bakteriyasidan olingan genlar kiritildi. Laboratoriya nazoratli muhitida tizim o'z-o'zini tashkillashtirishni boshladi.
Ushbu ishning muhim jihati shundaki, bu raqamli simulyatsiya emas, balki modda va moddalar o'rtasidagi bevosita o'zaro ta'sirdir. Hujayralar ingredientlar aralashmasidan keyin paydo bo'ladi va keyinchalik membranalarining egilishini rag'batlantiruvchi oqsilalar tufayli ajralib turadi.
Taraqqiyotga qaramay, yaratuvchilar SpudCelllarni to'liq tirik organizmlar sifatida tasniflanmasligi kerakligini ta'kidlaydilar. Kate Adamala bu ehtiyotkorlikni bildirishda, 'hayot ikkilik emas' deb bayon etib, tirik va tiriksiz o'rtasida qat'iy chegara yo'qligini ko'rsatadi.
Ilmiy hamjamiyat bu kashfiyotga ijobiy javob berdi. J. Craig Venter Instituti vakili John Glass bir tizimda shuncha elementlarning integratsiyalashgan funksionalligidan hayrat bildirib, Stanford universiteti vakili Drew Endy tajribani qurilgan, ammo hujayra xatti-harakatini namoyish etuvchi narsa deb ta'rifladi.
Bu tadqiqot natijalari keng imkoniyatlarga ega bo'lib, hayot mavjudligi uchun minimal talablarni tushunishga yordam berishi va farmatsevtika yoki uglerodni ushlash kabi kelajakdagi qo'llanishlar yo'lini ochishi mumkin. Nazariy jihatdan, bu hujayralarning kelajakdagi versiyalari hozirda laboratoriyada olish qiyin bo'lgan murakkab birikmalarni sintez qila oladi.
Bu taraqqiyotni rag'batlantirish uchun tadqiqotchilar Biotic tashabbusini tashkil etishdi, uning maqsadi olimlarni birlashtirish va yangi SpudCelllar yaratish uchun zarur materiallarga kirishni osonlashtirishdir. Biroq, nozik fikr bor: yanada murakkab tizimlar noto'g'ri foydalanish haqida xavotirlarni keltirib chiqarishi mumkin, bu esa rivojlanishni ochiq va hamkorlikka asoslangan formatda saqlab turishga undaydi. Drew Endy Wright aka-ukalarning birinchi parvoziga analogiya keltirdi: oddiy, ammo o'zgaruvchan boshlanish.
Hozirda SpudCelllar hali tashqi ta'minotga bog'liq va ularning tirik qolishi bir necha avlod bilan cheklangan, ammo bu yutuq sintez biologiyasida muhim bosqich sifatida tan olingan.
