Ερευνητές δημιούργησαν πρωτόγονα κύτταρα παρόμοια με τα βακτηρίδια

Πηγή: Nature, 7 Δεκεμβρίου 2004

Πρωτόγονα κύτταρα δημιούργησαν ερευνητές σχεδόν από το μηδέν, αλλά αυτά τα συνθετικά κύτταρα δεν είναι αληθινά ζωντανά, επειδή δεν μπορούν να αναπαραχθούν (βασική ιδιότητα των ζώντων οργανισμών) ή να εξελιχθούν. Όμως μπορούν να ζήσουν για μέρες παράγοντας πρωτεΐνες, ενώ θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα για την παραγωγή φαρμάκων, καθώς επίσης και στο ζήτημα της κατασκευής τεχνητής ζωής από το μηδέν.

Τα τεχνητά πρωτοκύτταρα ήταν σε θέση να δημιουργήσουν μια πρωτεΐνη φθορισμού επί μέρες.

Οι Vincent Noireaux και Albert Libchaber του Πανεπιστημίου Rockefeller στη Νέα Υόρκη κατόρθωσαν να πακετάρουν κάποιον από τους μοριακούς μηχανισμούς ενός κυττάρου - τον μηχανισμό παραγωγής πρωτεϊνών - μέσα σε μια τεχνητή μεμβράνη στο μέγεθος ενός βακτηριδίου. Ενώ μπορούν να κάνουν οπές στη μεμβράνη ώστε να επιτρέψουν στις θρεπτικές ουσίες και σε μόρια πλούσια σε ενέργεια, να μπουν στα κύτταρα από την έξω περιοχή.

Αυτά τα πρωτοκύτταρα περιέχουν όλους τους μηχανισμούς που απαιτούνται για να παραγάγουν τις πρωτεΐνες από τα ακατέργαστα συστατικά τους (αμινοξέα), έτσι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως μικροσκοπικά εργοστάσια, για να παραγάγουν πρωτεΐνες με βιομηχανική και ιατρική αξία.

Τέτοιες πρωτεΐνες, παραδείγματος χάριν η ινσουλίνη, παράγονται συνήθως από γενετικά κατασκευασμένα βακτηρίδια που αναπαράγονται σε δεξαμενές ζύμωσης. Όμως τα τεχνητά κύτταρα θα ήταν πολύ πιο απλά πρωτεϊνικά εργοστάσια, και ίσως να προσαρμόζονται ευκολότερα για να φτιάξουν τα συγκεκριμένα προϊόντα.

Μάλιστα είναι ήδη διαθέσιμο στο εμπόριο έτοιμο μίγμα όλων των βιομορίων, που χρειάζεται ένα κύτταρο για την πρωτεϊνική παραγωγή, και εξάγονται από βακτηρίδια όπως είναι το Escherichia coli. Αυτά τα μίγματα μπορούν να φτιάξουν συγκεκριμένες πρωτεΐνες, αλλά σταματούν να εργάζονται περίπου σε δύο ώρες εκτός και αν τρέφονται συνεχώς με πρώτες ύλες και πετάγονται τα απόβλητα προϊόντα.

Προκειμένου να εγκλωβίσουν το μοριακό μείγμα μέσα στις μεμβράνες - όπως είναι τα φυσικά τοιχώματα των κυττάρων - οι Noireaux και Libchaber τοποθέτησαν σταγονίδια από το υγρό μέσα σε ένα δοχείο με λάδι. Στη συνέχεια προστέθηκαν στο δοχείο φωσφολιπίδια, τα οποία κάλυψαν τα σταγονίδια σαν ένας προστατευτικός φάκελος. Ύστερα χρησιμοποιήθηκε ένα δεύτερο στρώμα από λιπίδια για να σχηματιστεί διπλή κυτταρική μεμβράνη, όπως και στα πραγματικά κύτταρα.

Για να παρακολουθήσουν τη συμπεριφορά των κυττάρων τους, οι ερευνητές πρόσθεσαν DNA που κωδικοποιεί μια φθορίζουσα πρωτεΐνη, έτσι ώστε όταν το κύτταρο την παράγει αυτή να αρχίσει να φωτοβολεί. 

Για να στείλουν πρώτες ύλες στα πρωτοκύτταρα από έξω, οι ερευνητές πρόσθεσαν ένα βακτηριακό γονίδιο που κωδικοποιεί μια πρωτείνη - την  άλφα-αιμολυσίνη. Αυτή η πρωτεΐνη έχει μια κοίλη, σωληνοειδή δομή και παρεμβάλλεται ανάμεσα στις μεμβράνες των κυττάρων δημιουργώντας πόρους (κανάλια τροφοδοσίας). Μόλις εγκαταστάθηκαν αυτές οι μοριακές πύλες (η άλφα αιμολυσίνη), τα κύτταρα συνέχισαν να παράγουν την πρωτεΐνη  φθορισμού μέχρι δύο μέρες.

Η εργασία αυτή είναι πολύ έξυπνη, σύμφωνα με τον David Deamer, ένα χημικό στο Πανεπιστήμιο Santa Cruz της Καλιφόρνιας, που έχει προσπαθήσει επίσης και αυτός να επινοήσει τεχνητά πρωτοκύτταρα. "Είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός".

Οι Noireaux και Libchaber δουλεύουν τώρα στο να σταθεροποιήσουν μόρια στα τοιχώματα των πρωτοκυττάρων τους, έτσι ώστε τα κύτταρα να μπορούν να διαιρεθούν, όπως γίνεται στα βακτηρίδια. Θα μπορούσε αυτό να είναι το πρώτο βήμα στην παραγωγή τεχνητών κυττάρων που θα αναπαράγονται.

O Deamer αναφέρει ότι η διαίρεση των κυττάρων θα ήταν "θεαματική", αλλά προσθέτει ότι μια άλλη μεγάλη πρόκληση για την επιστήμη είναι να δουλέψει η μεταγραφή και η μετάφραση ώστε να κάνουν αντίγραφα του. Με αυτόν τον τρόπο τα νέα κύτταρα να μπορούν κάνουν τις δύο λειτουργίες όπως και "το γονικό τους".

Η έρευνα παρουσιάζεται στο Proceedings of the National Academy of Sciences.