Окумуштуулар толук жашоо циклине ээ болгон биринчи синтетикалык клетканы жаратышты. Бул жетишкендик келечекте биологиялык инженерияны түп-тамырынан өзгөртүшү мүмкүн. 

 

Илимпоздору дүйнөдө толук жашоо циклине ээ болгон биринчи синтетикалык клетканы түзө алышканын АКШдагы Миннесота университети  (University of Minnesota) билдирди. 

Аталган университеттин  жазганына караганда, жашоонун көптөгөн сырлары алигиче чечиле элек болсо да, ар бир биолог тирүү организм аткарган негизги процесстерди сүрөттөп бере алат. 

Аларга энергияны пайдалануу, көбөйүү, өсүү жана өнүгүү кирет. Бул өзгөчөлүктөрдү лабораторияда өз-өзүнчө кайра жаратууга мүмкүн болгонуна карабай, толугу менен синтетикалык биологиялык организм идеясы узак убакыт боюу илимий фантастиканын чегинде гана каралып келген. 

Эми Миннесота университетинин Биология илимдери колледжинин доценттери Кейт Адамала (Kate Adamala) жана Аарон Энгельхарт (Aaron Engelhart) өздөрүнүн илимий топтору менен бирге толук жашоо циклине ээ болгон, толугу менен жансыз химиялык компоненттерден курулган дүйнөдөгү алгачкы синтетикалык клетканы иштеп чыгышты жана аны жаңы илимий макалада сүрөттөп беришти. 

Илимий макаланын өзү химиялык жана функционалдык жактан аныкталган синтетикалык клеткаларды иштеп чыгууга  багытталган Biotic коммерциялык эмес изилдөө уюмунун интернет баракчасында жарыяланган. 

Миннесота университети белгилегендей, изилдөөчүлөрү SpudCell деп атаган клетка –  биологиялык инженерия тармагындагы ири жетишкендик. 

Убакыттын өтүшү менен ал медицина жана инженериядагы эң татаал көйгөйлөрдүн айрымдарына чечимдерди сунушташы мүмкүн. 

“Биз химиянын жардамы менен мурда биологияда гана мүмкүн болгон нерсени – клетканын жүрүм-турумунун толук жыйындысын кайра жараттык. Бул жашоонун өсүү жана көбөйүү сыяктуу эң негизги функциялары үчүн кандайдыр бир сырдуу, сыйкырдуу күч талап кылынбай турганын далилдейт”,- дейт илимпоз Кейт Адамала. 

 

Синтетикалык клетканын өзгөчөлүктөрү 

 

Миннесота университети SpudCell клеткасынын  айрым өзгөчөлүктөрүнө да мүнөздөмө берди. Алар төмөнкүлөр:

• Биологиялык клетканын жашоо циклин кайталоо: SpudCell тандалууга, геномдун репликациясына, өсүүгө, азыктануу аркылуу ресурстарды алууга жана генетикалык түрдө коддолгон бөлүнүүгө жөндөмдүү. 

 

• Цитоскелетсиз клетканын бөлүнүшү: Табигый клеткалар цитоскелет деп аталган ички каркас аркылуу бөлүнөт, ал синтетикалык клеткаларды изилдөөдө көпкө чейин негизги тоскоолдук болуп келген. SpudCell цитоскелетке болгон муктаждыкты мембрана бетинде топтолгон белоктордун жардамы менен четтетет, алар механикалык чыңалуу мембрананы ажыратканга чейин чогулат. 

 

• Тандалуу жана атаандаштык: Генетикалык өзгөртүү биригүүчү белоктун өндүрүшүн жогорулатып, тез өсүп жана көбүрөөк тукум берген клеткалардын пайда болушуна алып келген. Беш муун өткөндөн кийин тез өсүүчү вариант баштапкы вариантты сүрүп чыгарган. Азык заттар чектелген шартта бул артыкчылык дагы күчөп, толугу менен синтетикалык химиялык системада тандалуу жана атаандаштык процесстери иштей турганын көрсөткөн. 

 

Иштин башталышы жана келечеги 

 

Миннесота университетинин материалында көргөзүлгөндөй, ДНК бардык тирүү организмдер үчүн программа болуп эсептелет. Адамдын геномунун көлөмү болжол менен 3 миллион килобаза жупту (kbp) түзөт. 

Биологдор тирүү клетканын геному 113 kbp  эле болушу мүмкүн деп божомолдошкон, бирок SpudCellдин геному мындан да кичине – 90 kbp болуп чыкты. 

Геном бир эле хромосомадан турбастан, өзүнчө жети ДНК плазмидасына бөлүнгөн. 

Мындай модулдук түзүлүш изилдөөчүлөргө клетканын ар кандай функцияларын өз-өзүнчө “программалоого” мүмкүнчүлүк берет. Өнүгүү уланган сайын, SpudCell жана анын кийинки муундары татаал функцияларды аткарып, татаалыраак жүрүм-турумду көрсөтө алышат. 

“Бул иш болгону башталышы. Биз клетканын негизги функцияларын инженердик жол менен түзүүгө мүмкүн экенин көрсөтүп жатабыз. Бул технологиянын мүмкүнчүлүгүн толук ишке ашыруу үчүн, аны ишенимдүү жана практикалык кылуу максатында  эл аралык биргелешкен аракеттер талап кылынат”,- дейт Кейт Адамала.

Айрым SpudCell клеткаларын түзүүнү чыныгы инженердик процесске айлантуу үчүн дагы көп иштерди аткаруу зарыл. Клетканын жети ДНК плазмидасын бир, кыйла туруктуу геномго бириктирүү, ошондой эле кошумча молекулярдык механизмдерди куруу талап кылынат.

Илимпоз Адамала жана анын кесиптештери инфраструктуралык көйгөй да бар деп эсептешет, анткени ар кандай лабораторияларда иштей турган клетка үчүн азырынча жалпы стандарттар жок. 

 

Синтетикалык  клетканын пайдасы 

 

Миннесота университети белгилегендей, учурда адамзат көз каранды болгон продукциянын көбү – дары-дармектер, материалдар жана өнөр жайлык химиялык заттар – табигый клеткаларды колдонуу же энергия үчүн чоң чыгым кеткен катуу өнөр жай химиясы аркылуу ишке ашырылган молекулярдык өзгөрүүлөрдү талап кылат. 

Нөлдөн баштап курулган cинтетикалык клеткалар өнөр жай химиясы жасай албаган молекулярдык өзгөрүүлөрдү аткара алышат. Бул, биринчи кезекте, молекулярдык медицинанын өнүгүшүнө өбөлгө түзүп, эволюция эч качан колдонбогон аминокислоталарды камтыган дары-дармектерди да кошкондо, так терапиялык молекулаларды түзүүгө мүмкүнчүлүк берет. 

Биз синтезделбестен өстүрүлгөн материалдарды, ошондой эле өнөр жайлык эмес, биологиялык температураларда иштеген өндүрүш ыкмаларын көрүшүбүз мүмкүн. 

Мунун баарынын негизинде биринчи жолу SpudCell синтетикалык клеткасы  камсыздап жаткан, чындап инженериялоого мүмкүн болгон платформа жатат. 

Илимий изилдөөлөрдү талдаган ScienceAlert көз карандысыз санарип  басылмасынын SpudCell синтетикалык клеткасы  боюнча жазганына караганда, жашоонун чыныгы чек арасы кайсы жерде экенин аныктоого багытталган фундаменталдуу суроону изилдөөдөн тышкары, келечекте синтетикалык клеткага окшош системалар дары-дармектерди, биоматериалдарды, химиялык заттарды жана башка пайдалуу органикалык материалдарды өндүргөн чакан биологиялык фабрикалар катары иштөөгө ылайыкталып түзүлүшү мүмкүн.

Лабораторияларда генетикалык өзгөртүлгөн бактериялар жана башка микроорганизмдер буга чейин эле ушундай максатта колдонулуп келет, ошондой эле медициналык деңгээлдеги инсулин да ушундай жол менен өндүрүлөт.

Толугу менен синтетикалык клетка учурдагы биотехнологияларга караганда жогору натыйжалуулукту жана тактыкты камсыз кылышы мүмкүн.

Анткен менен алар табияттын өзүнүн чечимдерине салыштырмалуу анча пайдалуу болбой калышы да мүмкүн.

Учурда SpudCell бир нече муундан ашык жашай албайт. Алар өз алдынча белок экспрессиясынын системасын түзө алышпайт жана метаболизмин жөнгө сала алышпайт. Андыктан, толугу менен суюк чөйрөдө эркин жүргөн заттарга жана компоненттерге көз каранды. 

Бирок, бул иш башка окумуштуулар үчүн негиз боло турган концепциянын далилин берет.

“Биздин максат – биологияны инженердик жол менен толук башкарууга жетишүү. Бул үчүн ар бир курулуш бөлүгү кайда жайгашканын так билишибиз керек, бизге толук схема зарыл. SpudCell дал ушуну берет, жана азырынча белгилүү болгон башка эч бир клетка муну камсыздай албайт. Бизде анын толук чиймелери бар, андыктан  ушул платформада инженердик иштерди жүргүзө алабыз”, – деген синтетикалык клетканы түзгөн илимпоздордун  бири  Кейт Адамала  ScienceAlert  санарип журналына.

 

Илимий терминдерге түшүндүрмө:

 

Геномдун репликациясы – клетка бөлүнөрдөн мурун анын ДНКсын көчүрүүнүн негизги процесси. Ал ар бир кыз клетка бирдей генетикалык чиймени алышын камсыз кылат. 

Бул процесс кош спиралдын ачылышын, ажыратылган жипчелердин даярдалышын жана ДНК-полимераза (ДНКны көчүрүүчү фермент) сыяктуу атайын ферменттердин жардамы менен жаңы комплементардык (толуктоочу) ДНКнын синтезделишин камтыйт. 

 

Килобаза жуп (kbp) – молекулярдык биологияда колдонулган өлчөм бирдиги, ал ДНК же РНКнын 1 000 нуклеотидине барабар. Генетикада бул өлчөм гендердин узундугун же организмдин геномунун жалпы көлөмүн аныктоо үчүн колдонулат. Мисалы адамдын гаплоиддик геному болжол менен 3  миллион килобаза жупту (3 000 000 kb) түзөт. 

 

Так терапиялык молекулалар – моноклоналдык антителолор же кичи молекулалуу ингибиторлор сыяктуу дары-дармектер. Алар оорунун өзгөчө молекулярдык механизмдерине так багытталышы үчүн атайын иштелип чыгат. Бул дарылар негизинен патологиялык клеткалар менен гана өз ара аракеттенгендиктен, дарылоонун натыйжалуулугун жогорулатат жана ошол эле учурда дени сак ткандарды сактап, терс таасирлерди азайтат. 

 

Белок экспрессиясынын системасы – белгилүү бир белокторду өндүрүү үчүн колдонулган инженердик биологиялык платформа. Ал максаттуу белоктун генетикалык кодун кожоюн организмге (мисалы, бактериялар, ачыткылар же сүт эмүүчүлөрдүн клеткалары) киргизүүнү камтыйт. Андан кийин бул организм берилген маалыматты окуп, функционалдуу белоктун көп көлөмүн синтездейт. 

Бул платформалар биотехнологияда жана медицинада терапиялык дары-дармектерди (мисалы, инсулин), вакциналарды, ферменттерди жана диагностикалык каражаттарды өндүрүү үчүн өтө маанилүү. Ар кандай белоктор туура бүктөлүп, иштеши үчүн ар башка клеткалык чөйрөлөрдү талап кылгандыктан, изилдөөчүлөр системаны белоктун татаалдыгына жараша тандашат. 

 

Шилтемелер:

1. Макала Миннесота университетинин интернет баракчасындагы https://twin-cities.umn.edu/news-events/worlds-first-synthetic-cell-complete-life-cycle-could-revolutionize-biological жана ScienceAlert журналынын https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-scientists-say-theyve-built-a-synthetic-cell-from-scratch   материалынын  негизинде жазылды. 
2. Макалага негиз болгон илимий  изилдөө Biotic коммерциялык эмес изилдөө уюмунун интернет баракчасында https://www.biotic.org/research/spudcell/?theme=light жарыяланган. 
3. Макала ичиндеги сүрөт Миннесота университетинин интернет баракчасынан алдынды.
4. Башкы сүрөт unsplash.com сайтынан алынды, автору Timothy Dukes.
5. Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.