13376 Poprvé „buňka vytvořená od základu“ roste a dělí se Yasemin Saplakoglu
[ Ezoterika ] 2026-07-06
Syntetická biologie>
Vědci sestrojili syntetickou buňku. Tato buňka kombinuje více realistických vlastností než kdykoli předtím a dokazuje, že je možné v laboratoři oživit neživé materiály - nebo z nich alespoň vytvořit něco živého.
Biologové poprvé zabalili neživé složky kousek po kousku do membrány podobné buněčné a pozorovali, jak se shluk molekul chová jako život. Laboratorně vytvořená syntetická buňka rostla, replikovala svou DNA a dělila se, čímž demonstrovala základní funkce buněčného cyklu. „Působivý krok,“ řekl Jack Szostak , který studuje původ života na Chicagské univerzitě a na studii se nepodílel. „Nejsem si vědom žádného jiného pokusu o sestavení umělé buňky z biologických složek, který by pokročil tak daleko.“
Buňka ze své podstaty stále není živá. Nemůže přežít bez neustálého přísunu živin a ribozomů, stavebních kamenů pro syntézu bílkovin. Nemá žádné obranné mechanismy ani účinný systém likvidace odpadu. Je to však dosud nejpřesvědčivější důkaz, že je možné stvořit život z neživé hmoty - cíl, o který syntetičtí biologové usilují po celá desetiletí. „Je to velký krok k onomu svatému grálu, kterým je stvoření živých organismů z mrtvých složek,“ řekl Sijbren Otto , systémový chemik ze Stratinghova institutu pro chemii v Nizozemsku, který se na studii nepodílel. „Ještě to tam úplně není, ale blížíme se.“ Protože tyto buňky byly sestaveny od nuly a všechny molekulární stavební bloky byly vytvořeny v laboratoři, vědci mohou systém modifikovat a vyměňovat komponenty. „Máme plán, kompletní seznam chemických složek každé jednotlivé složky,“ řekla Kate Adamala , syntetická bioložka z Minnesotské univerzity, která vedla novou studii, jež dosud neprošla recenzním řízením.
Studie byla zveřejněna 2. července na vědecké preprintové platformě biorxiv.org. Díky této flexibilitě by takové syntetické buňky mohly být jednoho dne použity k výrobě nových materiálů, jako jsou biopaliva a léky, a k pomoci vědcům při studiu nemocí. Mohly by také vědcům poskytnout vhled do některých z jejich nejhlubších existencionálních otázek: Co je minimum nezbytné k udržení života? Jak mohl život vzniknout? Co se stane, když změníme biologii, která dnes tvoří život na Zemi? Nebo, jak to vyjádřila Adamala: „Co víc může biologie udělat?“
Původ života
Asi před čtyřmi miliardami let se nespočet molekul spojilo a vytvořilo první protobuňky . Vzájemně se živily, rostly a dělily… Postupem času se vyvinuly evoluční procesy, které umožnily těmto buňkám měnit se a diverzifikovat do mnoha různých typů a osídlily pustý svět nejrůznějšími podivnými formami života. Z čistě chemického světa se stal biologický. Vědci se neshodují v tom, jak k tomuto přechodu z neživého do živého, abiogenezi, došlo, ale někteří se ho snaží znovu vytvořit v laboratoři. Vědci po desetiletí zkoumali různé přístupy. Někteří, jako například syntetický biolog John Glass z Institutu J. Craiga Ventera, redukují bakteriální buňky na jejich nejmenší a nejminimalističtější genom, aby určili minimální podmínky pro přežití buňky. Jiní, jako například Otto, se pokouší konstruovat buňky s molekulami odlišnými od těch, které se nachází v pozemské biologii.
Adamala také pracuje od nuly, ale používá biologické molekuly, které se dnes vyskytují přirozeně. Když v roce 2016 založila svou laboratoř, představovala si vytvoření syntetické buňky - důkazu konceptu - která by dokázala dokončit celý cyklus buněčného dělení s použitím vlastního genomu. Našla jakýsi plán ve společných rysech všech známých buněk: rostou, duplikují svou DNA, dělí se a vyvíjejí se. Přepisují svou DNA do RNA a poté produkují proteiny, které vykonávají tento a další úkoly, jež udržují fungování buňky, jako je metabolizace molekul pro energii. To vše se děje uvnitř lipidové membrány, která drží všechny potřebné látky pohromadě. Adamalin tým musel dát své syntetické buňce genom a dodat jí všechny materiály potřebné k provádění těchto úkolů. Vyvinuli a optimalizovali různé komponenty, z velké části inspirované jinými laboratořemi, než je sestavili do liposomů - dutých váčků obalených jednoduchou lipidovou membránou. Tyto liposomy měly sloužit jako tělo buňky. Z čistě chemického světa se vynořil biologický…
Začali s nejzákladnějším systémem buňky: jejím mechanismem pro replikaci DNA a přenos do dceřiných buněk. Použili systém replikace DNA vyvinutý syntetickými biology Hannesem Mutschlerem a Christophem Danelonem a adaptovali ho pro kombinaci s dalšími systémy, včetně komerčního balíčku 36 enzymů, které umožňují buňce číst DNA a vytvářet proteiny. Adamalin tým experimentoval s touto buněčnou směsí, zapínal a vypínal geny a upravoval koncentrace různých molekul, aby jemně doladil klíčové genetické systémy nesoucí informace a produkující proteiny. Jejich malý syntetický genom nekódoval metabolické geny, které by buňce umožnily zpracovávat potravu a energii, ani mnoho složitých molekul, které buňka potřebuje. Vědci proto paralelně připravili některé náhradní složky.
Další liposomy naplnili cukry, lipidy a enzymy, stejně jako komplexními molekulami, jako je transferová RNA (tRNA) a ribozomy, které společně převádí genetické instrukce do proteinů. Aby jejich protobuňka mohla tyto esenciální látky přijímat, tým také upravil protein nacházející se v buněčné membráně, který přitahuje lipidové vezikuly. Jakmile se vezikula srazila s buňkou, membrány se spojily a uvolnily obsažené látky.
Donutit všechny tyto genetické systémy k úspěšné spolupráci nebyl snadný úkol. Po dalších úpravách a optimalizacích začala buňka růst a replikovat svou DNA. „Byla jsem téměř připravená říct: ‚Hotovo!‘ a ‚Publikujeme to!‘,“ vzpomínala Adamala. Její vize syntetické buňky však měla ještě jeden krok: buněčné dělení. Právě zde se výzkum na nějakou dobu zasekl. Vědci před Adamalou vyvinuli různé metody pro výživu, růst a replikaci DNA syntetických buněk. Buněčné dělení je však úplně jiná věc. Typická buňka reorganizuje svůj cytoskelet - síť proteinových vláken, která jí dodává strukturální stabilitu - aby svou DNA rozpůlila a rozdělila se. Syntetičtí biologové nedokázali přijít na to, jak přimět své buňky k provádění tohoto složitého procesu. Adamala se proto rozhodla cytoskeletu úplně zbavit.
Jednoho dne při procházení vědecké literatury narazila v jednom výzkumném článku na zajímavý mechanismus. Syntetický biolog Reinhard Lipowsky z Max Planckova institutu koloidů a rozhraní připojil k buněčné membráně proteinové značky, které přitahovaly další proteiny, jež se kolem membrány shlukovaly a fyzicky ji ohýbaly, čímž nutily buňku k dělení. Adamala se tímto přístupem inspirovala, modifikovala protein buněčné membrány a testovala ho na svých protobuňkách. Po několika pokusech to fungovalo. „Chvíli jsem tomu nemohla uvěřit,“ řekla. „Říkala jsem si: ‚Sakra, opravdu jsem vytvořila dělící se buňku?‘… Nakonec si to dostatečně často ověříte a pomyslíte si: ‚Dobře, teď je to pravda.‘“
Tato práce „nádherně demonstruje tento mechanismus dělení,“ řekl Job Boekhoven , systémový chemik na Technické univerzitě v Mnichově, který se studie nepodílel. „Byl to obrovský úspěch.“ Adamalin tým ukázal, že kombinací a optimalizací systémů z různých laboratoří - replikace DNA, podpůrných liposomů a rojení proteinů indukujících dělení - je možné v laboratoři transformovat chemický svět na biologický. „Kombinace všech těchto prvků je působivý technický výkon,“ řekl Glass. „Myslím, že se ukáže jako zlomový moment pro výzkum syntetických buněk a biologii obecně.“ Michael Lynch , evoluční biolog z Arizonské státní univerzity, který se na studii také nepodílel, souhlasil. „Je to mistrovský tah syntetické biologie,“ řekl. Varoval však před přeceňováním schopností buňky, protože ještě není soběstačná. John Glass, J. Craig Venter Institute
Jakmile byly syntetické buňky vyrobeny, její studenti a další je tak začali nazývat.
Adamaliny buňky -
Jméno, které nenáviděla. Trvala na tom, aby buňky pojmenovala po něčem jiném, a žertem navrhla brambory. Její studenti je tedy pojmenovali „bramborové buňky“... „Jsem Polka, jsem z velké části složená z brambor, takže mi to nevadí,“ řekla Adamala. Každá buňka je maličká. Její genom je mnohem menší než genom bakterií a nevypadá nijak zvlášť. „Myslím, že je krásná, protože mě naprosto fascinuje,“ řekla Adamala. „Ale když se na ni podíváte pod mikroskopem, prostě si pomyslíte: ‚Dobře, je to jen kapka.‘“
Evoluce a dále: Buňka mohla růst a dělit se. Mohla by ale učinit další krok k životu prostřednictvím evoluce ?
Vědci začali modifikovat DNA syntetických buněk, aby zjistili, zda by mohli některé buňky zvětšit nebo urychlit jejich dělení - a tím vytvořit genetickou variabilitu v buněčné populaci. Zjistili, že větší buňky také produkují více dceřiných buněk a častěji se rozmnožují. Jinými slovy, tyto vlastnosti byly v populaci vybírány - první krok k evoluci. Adamalin tým však prokázal, že to nebyl přirozený výběr v nejpřísnějším slova smyslu, primární mechanismus evoluční změny, v němž mají organismy lépe přizpůsobené svému prostředí vyšší šanci na přežití.
I kdyby se jí podařilo přimět buňku k produkci dalších dceřiných buněk, nevěří, že by to vedlo k evoluci. Je to proto, že Adamalin tým musel genetickou variaci vytvořit synteticky, spíše než aby umožnil náhodné mutace v DNA. Enzym, který syntetizuje nové řetězce DNA, funguje až příliš dobře, vysvětlila; nezavádí do sekvence smysluplné mutace. Potřebují najít enzym, který je náchylnější k chybám - ale ne tak náchylný k chybám, aby se ztratila integrita genomu a buněčná funkce. „Biologie se musí měnit dostatečně rychle, ale ne příliš rychle,“ řekla Adamala. Potřebuje najít optimální rovnováhu mezi řádem a chaosem, s odvoláním na biochemika a teoretika komplexity Stuarta Kauffmana , emeritního profesora na Pensylvánské univerzitě, který tvrdí, že biologie funguje nejlépe na „okraji chaosu“.
„Jasné důkazy o evolučním procesu rozhodně chybí,“ řekl Boekhoven. „Jsem si jistý, že to je další velký krok.“ Jiní vědci prokázali adaptivní evoluci u jiných typů syntetických buněk . Tyto buňky však byly bakteriemi, z nichž byly odstraněny všechny geny kromě absolutního minima - nebyly vyvinuty od nuly. Buňky jsou také omezeny skutečností, že vyžadují mnoho svých surovin. Skutečnost, že buňky nemohou produkovat vlastní ribozomy jako přirozené buňky, „omezuje jejich růstový potenciál a schopnost udržitelné reprodukce,“ řekl Szostak, Adamalin doktorský školitel. „Pokud by jejich systém byl schopen produkovat vlastní ribozomy a další proteiny a RNA, byl by mnohem blíže existujícím biologickým buňkám, jako jsou bakterie.“
Adamala se také domnívá, že potřebují najít způsob, jak přidat cytoskelet, aby se zlepšil jejich replikační systém. V současné době buňky plýtvají spoustou energie a času přitahováním molekul, které se kolem nich hromadí a pomáhají jim s dělením. Celkově jsou vědci stále daleko od vytvoření něčeho, co by se byť jen vzdáleně podobalo moderní živé buňce - ale tato nová buňka je dosud nejrealističtější. „Moderní buňka je jako Dreamliner,“ řekla Adamala s odkazem na letadlo Boeing 787. „Postavili jsme Wright Flyer … první rám jízdního kola s křídly, který dokázal letět 30 metrů.“ Kromě zveřejnění nových výsledků Adamala a další syntetičtí biologové oznámili založení neziskové organizace Biotic, jejímž prostřednictvím chtějí zpřístupnit své nástroje syntetické biologie výzkumníkům po celém světě. Tým publikuje svá data a metody, aby syntetičtí biologové mohli začít budovat a vylepšovat své buňky. Doufá se, že za několik desetiletí bude možné tuto práci využít například k výrobě plastů bez fosilních paliv nebo hnojiv, nebo dokonce léků. Tyto syntetické buňky by také mohly vydláždit cestu do minulosti, k počátkům samotné biologie. Život na Zemi vznikl z mnohem jednodušších molekul, než jaké používají buňky brambor. Adamalin vývoj syntetického buněčného systému z neživých materiálů nicméně přibližuje vědce k hlubšímu zkoumání otázek o původu a podmínkách života v laboratoři - sen, který sdílí s ostatními. „Pokud chcete pochopit, co je život,“ řekl Boekhoven, „musíte nejprve život stvořit.“
