نجاح بناء نموذج كامل لخلية حية للمرة الأولي

اتخذ المهندسون الحيويون الأمريكيون من معهد Craig Venter وجامعة إلينوي في Urbana-Champaign ، جنبًا إلى جنب مع زملائهم الألمان ، خطوة مهمة أخرى في فهم لغز الحياة من خلال إنشاء محاكاة كمبيوتر مفصلة لأحدث ميكروب بسيط.

قالت زيدا لوتي شولتن ، الكيميائي في جامعة إلينوي: “لقد طورنا نموذجًا حركيًا كاملًا ثلاثي الأبعاد لخلية حية صغيرة تحاكي تمامًا العمليات التي تحدث في خلية حقيقية”.

“يوفر نموذجنا نافذة على الأعمال الداخلية للخلية ، ويوضح كيف تتفاعل جميع مكوناتها وتتغير استجابةً للمحفزات الداخلية والخارجية. سيساعدنا هذا النموذج – ونماذج أخرى أكثر تعقيدًا – على فهم المبادئ الأساسية للحياة بشكل أفضل “.

قادت لوتي شولتن فريقًا من الباحثين الذين حللوا التغيرات الجينية والأيضية والهيكلية المتنوعة التي تحدث في ثقافة تكاثر البكتيريا الاصطناعية ، والتي يشار إليها باسم JCVI-syn3A.

لا تزال محاكاة عمل أبسط الكائنات ذات الأصل الطبيعي ، مثل الأنواع المختلفة من الميكوبلازما أو الميكروب الشائع جدًا Escherichia coli ، تتطلب تبسيطًا كبيرًا لمحاكاة عمل أنظمتها الفرعية العديدة. لا يزال تجميع مجموعة كاملة من الأوصاف التفصيلية للكائن الحي بأكمله ، من الجينات إلى التغذية ، غير ممكن حتى بالنسبة لهذه البكتيريا البسيطة نسبيًا.

بعد إزالة العدد الأقصى من الجينات من Mycoplasma mycoides ، وهي بكتيريا صغيرة من جنس Mycoplasma ، بتلقي شكل حياة اصطناعي مبسط على وشك البقاء ، لكنه لا يزال قادرًا على التغذية والتكاثر.

هذا النموذج ، المشار إليه باسم JCVI-syn1.0 ، تم استبداله قريبًا بـ JCVI-syn3.0  الأبسط.

احتوت هذه النسخة المحدثة على 531 كيلو بايت فقط ، مقسمة إلى 473 جينًا. نظرًا لأن المختبر يوفر جميع احتياجاتها الغذائية ، فقد تُرك جينومها العاري للعناية بالتكاثر والنمو ، ولا شيء آخر. ومع ذلك ، لم يكن JCVI-syn3.0 مستقرًا تمامًا ، وتم إدخال العديد من الجينات لاحقًا مرة أخرى ، مما أدى إلى النسخة النهائية من الخلية المصغرة JCVI-syn3A.

يمتلك مبتكروه فكرة واضحة عن الجينات التي تحتويها خليتهم الاصطناعية ، على الرغم من أنهم ما زالوا يحاولون معرفة بالضبط مسؤولية كل منهم ، وهذا هو المكان الذي يجب أن يساعدهم فيه نموذج الكمبيوتر الجديد.

الآن بعد أن تم التحقق من صحة محاكاة نمو وتطور JCVI-syn3A ، يمكن للباحثين توسيع نطاقها مرة أخرى لمعرفة كيفية تأثير الجينات المختلفة على وظائف خلوية معينة.