Frumur með fullkomlega gervi tilbúnum erfðamengi var tilkynnt fyrst árið 2010 þar sem lágmarks erfðamengi klefi var afleitt að sýndi óeðlilega formgerð við frumuskiptingu. Nýleg viðbót genahóps við þessa naumhyggju frumu endurheimti eðlilega frumuskiptingu
Frumur eru grunnbyggingar- og starfrænar einingar lífsins, kenning sem Schleiden og Schwann settu fram árið 1839. Síðan þá hafa vísindamenn haft áhuga á að skilja frumustarfsemina með því að reyna að ráða erfðakóðann að fullu til að skilja hvernig fruman vex og skiptir sér í gefa tilefni til fleiri frumna af svipuðu tagi. Með tilkomu DNA raðgreiningu, hefur verið hægt að afkóða röð af the erfðamengi gerir þar með tilraun til að skilja frumuferli til að skilja grundvöll lífsins. Árið 1984 lagði Morowitz til rannsókn á mycoplasmas, sú einfaldasta frumur fær um sjálfstæðan vöxt, til að skilja grundvallarreglur lífsins.
Síðan þá hafa nokkrar tilraunir verið gerðar til að draga úr erfðamengi stærð að lágmarkstölu sem gefur tilefni til frumu sem er fær um að framkvæma allar helstu frumuaðgerðir. Tilraunirnar leiddu fyrst til efnafræðilegrar myndun Mycoplasma mycoides erfðamengi af 1079 Kb árið 2010 og var nefndur sem JCVI-syn1.0. Frekari eyðingar í JCVI-syn1.0 af Hutchinson III o.fl. (1) gaf tilefni til JCVI-syn3.0 árið 2016 sem hafði a erfðamengi stærð 531 Kb með 473 genum og hafði tvöföldunartíma upp á 180 mínútur, að vísu með óeðlilega formgerð við frumuskiptingu. Það hafði enn 149 gen með óþekkta líffræðilega virkni, sem bendir til þess að enn séu ófundnir þættir sem eru nauðsynlegir fyrir líf. Hins vegar, JCVI-syn3.0 veitir vettvang til að rannsaka og skilja lífsvirkni með því að beita meginreglum um heild-erfðamengi hönnun.
Nýlega, 29. mars 2021, notuðu Pelletier og félagar (2) JCVI syn3.0 til að skilja genin sem nauðsynleg eru fyrir frumuskiptingu og formgerð með því að kynna 19 gen í erfðamengi af JCVI syn3.0, sem gefur tilefni til JCVI syn3.0A sem hefur svipuð formgerð og JCVI syn1.0. við frumuskiptingu. 7 af þessum 19 genum, innihalda tvö þekkt frumuskiptingargen og 4 gen sem kóða himnutengd prótein með óþekkta virkni, sem saman endurheimtu svipgerðina svipað og JCVI-syn1.0. Þessi niðurstaða bendir til fjölgena eðlis frumuskiptingar og formgerðar í erfðafræðilega lágmarksfrumu.
Í ljósi þess að JCVI syn3.0 er fær um að lifa af og fjölga sér út frá naumhyggju þess erfðamengi, það er hægt að nota sem fyrirmynd lífveru til að búa til mismunandi frumugerðir sem hafa fjölbreytta virkni sem getur verið gagnleg fyrir menn og umhverfið. Til dæmis er hægt að kynna gen sem leiða til upplausnar plasts þannig að hægt sé að nota nýja lífveruna til niðurbrots plasts á líffræðilegan hátt. Á sama hátt getur einu sinni séð fyrir sér að bæta við genum sem lúta að ljóstillífun í JCVI syn3.0 sem gerir það aðgengilegt að nota koltvísýring úr andrúmsloftinu og draga þannig úr magni þess og hjálpa til við að draga úr hlýnun jarðar, stórt loftslagsvandamál sem mannkynið stendur frammi fyrir. Hins vegar þarf að meðhöndla slíkar tilraunir af ýtrustu varkárni til að tryggja að við sleppum ekki ofurlífveru í umhverfinu sem erfitt er að stjórna þegar henni er sleppt.
Engu að síður getur hugmyndin um að hafa frumu með naumhyggju erfðamengi og líffræðileg meðhöndlun þess leitt til þess að búa til fjölbreyttar frumugerðir með fjölbreytta virkni sem geta leyst stór vandamál sem mannkynið stendur frammi fyrir og endanlega lifun þess. Hins vegar er greinarmunur á því að búa til fullkomlega tilbúna frumu á móti því að búa til virka tilbúna frumu erfðamengi. Tilvalin algjörlega tilbúin gervifruma myndi samanstanda af tilbúinni erfðamengi ásamt tilbúnum umfrymishlutum, afrek sem vísindamenn myndu gjarnan ná fyrr en síðar á næstu árum þegar tækniframfarirnar ná hámarki.
Nýleg þróun gæti verið skref í átt að því að búa til fullkomlega tilbúna frumu sem er fær um að vaxa og skiptast.
***
Tilvísanir:
- Hutchison III C, Chuang R., o.fl. 2016. Hönnun og myndun lágmarksbakteríunnar erfðamengi. Vísindi 25 mars 2016: árg. 351, útgáfa 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Erfðafræðilegar kröfur fyrir frumuskiptingu í erfðafræðilega lágmarksfrumu. Cell. Birt: 29. mars 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
