Stavebnica života

Ilustračné foto Fotky&Foto/Rost9

Bunkové inžinierstvo je oblasť výskumu, ktorá nás môže doviesť k novej ére v medicíne, ale napríklad aj v oblasti výpočtovej techniky. Podľa vedcov je možné predstaviť si, ako raz budú vnútri našich tiel syntetické bunky monitorovať náš zdravotný stav a v prípade potreby začnú liečbu. Alebo to budú počítače vytvorené z mikroskopickej syntetickej živej hmoty.

Pred piatimi rokmi sa vedcom pracujúcim v oblasti génového a bunkového inžinierstva podarilo vytvoriť syntetickú bunku s minimálnym počtom génov, ktorá bola schopná samostatne sa deliť. Problém bol však v tom, že táto minimálna bunka nebola schopná deliť sa na dve rovnaké časti. Zdá sa, že tento problém bol teraz odstránený vrátením niektorých pôvodných génov do hry. Nejde tu pritom len o jednu umelo vytvorenú bunku, ale o ďalší krok k pochopeniu základných stavebných prvkov živej hmoty a života samotného.

Reverzné inžinierstvo

Zatiaľ čo napríklad baktéria Escherichia coli, ktorá je súčasťou nášho črevného prostredia, má približne 4 000 génov a bežná ľudská bunka má asi 30 000 génov, bunka označená ako JCVI-syn3.0, vytvorená v roku 2016 z baktérie Mycoplasma genitalium, obsahovala iba 473 génov. Až na takúto úroveň sa vedcom postupne podarilo zjednodušovať genetickú výbavu bunky tak, aby pritom ešte zostali zachované jej základné schopnosti deliť sa a rozmnožovať. Vedci sa týmto spôsobom chceli naučiť rozlišovať, ktoré gény sú pre prežitie bunky zásadné a ktoré sú v tomto ohľade nadbytočné.
Problém bol však v tom, že hoci bunka JCVI-syn3.0, ktorú vytvorili vedci z Inštitútu Johna Craiga Ventera (JCVI), dokázala bez problémov vytvárať proteíny a replikovať svoju DNA, nedokázala sa deliť na dve rovnaké guľové časti. Namiesto toho sa delila náhodne a vytvárala dcérske bunky rôznych tvarov a veľkostí. Vedci sa preto rozhodli pre reverzné genetické inžinierstvo: vrátiť niektoré z odňatých pôvodných génov naspäť do základnej bunky, aby obnovili jej schopnosť správneho delenia. Zdá sa, že po rokoch pokusov napokon uspeli.
Tímu bunkových inžinierov z amerického Národného inštitútu štandardov a technológií (NIST) pod vedením Elizabeth Strychalskej sa v spolupráci s JCVI a Massachusettským technologickým inštitútom (MIT) podarilo vytvoriť jednobunkový umelý organizmus JCVI-syn3A. Ich bunka obsahuje 492 génov, pričom sedem z tých 19 vrátených génov (v porovnaní so 473 génmi v bunke JCVI-syn3.0) bolo napokon identifikovaných ako kriticky dôležitých pre normálne bunkové delenie.

Gény správneho delenia

Ako autori výskumu uviedli v marci tohto roku v článku pre časopis Cell (Bunka), dva zo spomínaných siedmich génov označovaných ako ftsZ a sepF boli známe ako faktory delenia buniek už predtým. Ďalším bola hydroláza neznámeho substrátu a zvyšné štyri boli gény kódujúce proteíny bunkovej membrány s neznámou funkciou. Súbor týchto siedmich génov je potrebný na zopakovanie zodpovedajúceho bunkového fenotypu. Takýto výsledok výskumu podľa autorov potvrdzuje polygénovú povahu procesu delenia buniek aj v prípade genomicky minimálnych buniek. Niektoré z génov minimálnej bunky ešte vždy nemajú nám známu funkciu, pripomenul pre magazín Live Science člen tímu za MIT James Pelletier. Ukázalo sa však, že sú rozhodujúce práve pre proces delenia bunky, dodal J. Pelletier s tým, že až po vrátení týchto génov späť do bunky sa začala bunka deliť na dokonale rovnaké časti.
Niektoré z týchto dôležitých génov podľa neho pravdepodobne interagujú s bunkovou membránou na základe genetických sekvencií. Mohlo by to znamenať, že tieto gény menia fyzikálne vlastnosti membrány a robia ju dostatočne tvárnou na to, aby sa mohla správne deliť, alebo že vnútri membrány vytvárajú iné podnety na jej delenie. Vedci však ešte nevedia, akými špecifickými mechanizmami tieto gény pri delení bunky vlastne pomáhajú. Naša štúdia nebola zameraná na zisťovanie presných mechanizmov vnútri bunky asociovaných s každým z týchto génov s neznámou funkciou, uviedla E. Strychalská. To bude musieť byť predmetom ďalšieho výskumu.

Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 5/2021. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

R
Foto Pixabay
Článok vznikol v spolupráci s NEXTECH.

Komentáre