Bár Dr. Frankenstein teremtménye egy borzalmas, testrészekből összeállított életforma volt, holland kutatók egy teljesen más, tudományos meg…

Bár Dr. Frankenstein teremtménye egy borzalmas, testrészekből összeállított életforma volt, holland kutatók egy teljesen más, tudományos megközelítést alkalmaznak, amely során a mesterséges életet teljesen az alapoktól kívánják felépíteni.

Céljuk hatékony szintetikus életformák létrehozása, egy lépéssel túlmutatva a természet evolúciós folyamatainak néha hatástalan eredményén. A BaSyc (Building a Synthetic Cell) nevű konzorcium, amely hat vezető kutatóintézetet tömörít, arra törekszik, hogy tökéletesítse az élet alapvető mechanizmusait. Két új tanulmányban a BaSyc kutatói jelentős előrelépéseket értek el ezen ambiciózus cél elérése felé. (1)(2)

Szintetikus élet létrehozása

A 2017-ben indított BaSyc célja egy szintetikus sejt megalkotása, amely az élet legegyszerűbb egysége. Egy jelentős támogatás, amelyet a Holland Oktatási, Kulturális és Tudományos Minisztérium, valamint a Holland Tudományos Kutatási Szervezet (NWO) nyújtott, 18,8 millió eurót biztosított a projekt elindítására. Az előrejelzések szerint a következő két-három év során a program elérheti célját.

“A program végső célja olyan szintetikus élet-szerű rendszerek létrehozása, amelyek képesek önállóan növekedni, osztódni és fenntartani magukat,” – mondta Dr. Bert Poolman, a Groningeni Egyetem biokémia professzora és a BaSyc csapat vezetője. “Ez különbözni fog az ismert élő sejtektől, de ezekkel az alapvető tulajdonságokkal rendelkezni fog.“

Mesterséges sejtek energizálása

A természetes sejtekben a mitokondriumok szolgálnak energiaforrásként, számos elem felhasználásával. A BaSyc kutatói azonban egyszerűsítették ezt a természetes folyamatot, mindössze öt elemre csökkentve egy két részből álló szintetikus rendszerben. Az evolúcióval szemben a kutatók a rendszer végleges célját szem előtt tartva dolgoznak, így alapvető szinten pontos megoldásokat fejleszthetnek ki.

Ebben az egyszerűsített rendszerben a folyamat apró, sejtszerű struktúrákban, úgynevezett vezikulákban zajlik. Az első vezikula a ciklusban az ADP és az arginin nevű aminosav felvételével kezd, majd az arginin elégetésével ATP-t termel, amely a sejtek energiahordozója. Egy második vezikula ezután felhasználja az ATP-t, visszaalakítva ADP-vé, és így felszabadítja a szükséges energiát a növekedéshez és osztódáshoz.

“Negatív egység” vezikula

A BaSyc csapata egy olyan vezikulát is kifejlesztett, amely elektromos áramkörként működik, negatív töltést generálva. A tesztelés során kiderült, hogy amikor enzimeket adnak a laktózhoz, a rendszer oxidálja azt, és NADH-t, a sejtek metabolizmusában kulcsszerepet játszó koenzimet hoz létre.

“A legnagyobb kihívás a modulok integrálása és egyensúlyon kívüli feltételek megteremtése,” – mondta Dr. Poolman. “Az evolúció természetesen kiegyensúlyozza ezeket a körülményeket, mi azonban olyan rendszereket építünk, amelyek több modul számára is optimálisan működnek.“

Közeledés a szintetikus élet felé

A BaSyc jelentős előrelépései ellenére még hosszú az út addig, mire a szintetikus sejtek valósággá válnak. Azonban már most tervezik a következő lépéseket: a BaSyc program lezárása után az EVOLF (Evolving Life from Non-life), egy új kutatási projekt veszi át a stafétát, amelyet a Holland Tudományos Kutatási Szervezet (NWO) újabb 40 millió eurós kutatási támogatása finanszíroz. Az EVOLF célja, hogy a szintetikus biológia terén további mérföldköveket érjen el a BaSyc munkájára építve.

“Még legalább tíz évre vagyunk egy teljesen szintetikus, élet-szerű rendszer létrehozásától,” – mondta Dr. Poolman. “Eközben rengeteget tanulunk a biológiai mechanizmusokról, és meglepő tulajdonságokat fedezünk fel, amelyek akkor jelennek meg, amikor a biológiai összetevőket egyesítjük, s ezeket összetett élő sejtekben nehéz lenne megfigyelni.“

Ezek az újonnan felfedezett tulajdonságok, amelyek az egyes komponensekben nem találhatók meg, egy teljesen új élet-szerű rendszer tervrajzát adják – olyan tervrajzot, amely jelenleg hiányzik a tudomány számára. Poolman szerint a következő lépések közé tartozik az ATP-termelésért felelős modul integrálása a protonhajtó erő létrehozásáért felelős modullal. Ez lehetővé tenné a szintetikus sejtek számára, hogy az energiatermelést a mitokondriumokhoz hasonló módon végezzék el, de egy sokkal egyszerűbb formában.

“Jelenleg az ATP-termelésért felelős modul összekapcsolásán dolgozunk a lipid-szintézissel, amely lehetővé teszi a membrán tágulását,” – mondta Poolman. Hozzátette, hogy a közeljövőben beépítik az osztódásért és a fehérjeszintézisért felelős modulokat is holland és nemzetközi kollégák együttműködésével.

Az élet alapjainak új értelmezése

A BaSyc program és annak utódja, az EVOLF, nemcsak az élet mechanizmusainak pontosabb megértését kínálja, hanem arra is lehetőséget nyújt, hogy újraértelmezzük, mit jelent az élet. Azáltal, hogy a természet bonyolult rendszereit egyszerűsítve és kontrollált környezetben rekonstruálják, a kutatók olyan alapelveket tárhatnak fel, amelyeket eddig nem sikerült teljesen megérteni a természetes sejtekben zajló rendkívül összetett folyamatok miatt.

Az ilyen szintetikus sejtek létrehozása komoly etikai és tudományos kérdéseket is felvet, hiszen az élet mesterséges létrehozása régóta az emberiség egyik legnagyobb tudományos kihívása. Bár ez a technológia még korántsem érett a gyakorlatba való átültetésre, a tudományos világ figyelme már most a holland kutatók és kollégáik munkájára irányul.

Az elkövetkező években a szintetikus biológia várhatóan tovább fejlődik, újabb alapvető felfedezésekhez vezetve, amelyek nemcsak az élet megértésében, hanem az orvostudományban, a biotechnológiában és számos más tudományterületen is alkalmazható eredményekkel szolgálhatnak. Ahogy Dr. Poolman is rámutatott, minden egyes felfedezés egy újabb lépést jelent az élet alapjainak feltérképezése és megértése felé.

Az ilyen mesterségesen létrehozott sejtek képesek lehetnek olyan funkciók elvégzésére, amelyek a jövő biotechnológiájának kulcsát jelenthetik, beleértve a fenntartható energia-előállítást, az önfenntartó rendszereket és az intelligens biomérnöki megoldásokat. Az emberiség talán most áll először olyan közel ahhoz, hogy ne csupán megértsük az élet alapjait, hanem saját kezünkkel újraalkossuk azokat.