Die Zellen mit vollständig künstlicher Synthese Genom wurden erstmals im Jahr 2010 berichtet, von denen ein minimalistischer Genom Zelle wurde daraus abgeleitet zeigte bei der Zellteilung eine abnormale Morphologie. Die kürzliche Hinzufügung einer Gruppe von Genen zu dieser minimalistischen Zelle stellte die normale Zellteilung wieder her
Zellen sind die grundlegenden strukturellen und funktionellen Einheiten des Lebens, eine Theorie, die 1839 von Schleiden und Schwann vorgeschlagen wurde. Seitdem sind Wissenschaftler daran interessiert, die Zellfunktionen zu verstehen, indem sie versuchen, den genetischen Code vollständig zu entschlüsseln, um zu verstehen, wie die Zelle wächst und sich teilt mehr Zellen ähnlicher Art entstehen lassen. Mit dem Aufkommen von DNA Sequenzierung war es möglich, die Reihenfolge der zu entschlüsseln Genom Dabei wird versucht, die zellulären Prozesse zu verstehen, um die Grundlagen des Lebens zu verstehen. Im Jahr 1984 schlug Morowitz die Erforschung von Mykoplasmen vor, die einfachste Zellen fähig zu autonomem Wachstum, zum Verständnis der Grundprinzipien des Lebens.
Seitdem wurden mehrere Versuche unternommen, dies zu reduzieren Genom Größe auf eine minimalistische Zahl reduziert, wodurch eine Zelle entsteht, die in der Lage ist, alle grundlegenden Zellfunktionen auszuführen. Die Experimente führten zunächst zur chemischen Synthese von Mycoplasma mycoides Genom von 1079 Kb im Jahr 2010 und wurde als JCVI-syn1.0 benannt. Weitere in JCVI-syn1.0 von Hutchinson III et al. vorgenommene Löschungen. (1) führte 3.0 zu JCVI-syn2016 mit einem Genom Es hatte eine Größe von 531 Kb mit 473 Genen und eine Verdopplungszeit von 180 Minuten, obwohl es bei der Zellteilung eine abnormale Morphologie aufwies. Es verfügte noch über 149 Gene mit unbekannter biologischer Funktion, was auf das Vorhandensein noch unentdeckter lebenswichtiger Elemente schließen lässt. JCVI-syn3.0 bietet jedoch eine Plattform für die Untersuchung und das Verständnis von Lebensfunktionen durch die Anwendung der Prinzipien des Ganzen.Genom .
Kürzlich, am 29. März 2021, verwendeten Pelletier und Kollegen (2) JCVI syn3.0, um die für die Zellteilung und Morphologie erforderlichen Gene zu verstehen, indem sie 19 Gene in das einführten Genom von JCVI syn3.0, was zu JCVI syn3.0A führt, das eine ähnliche Morphologie wie JCVI syn1.0 aufweist. bei der Zellteilung. 7 dieser 19 Gene umfassen zwei bekannte Zellteilungsgene und 4 Gene, die für membranassoziierte Proteine unbekannter Funktion kodieren, die zusammen den Phänotyp wiederherstellten, der dem von JCVI-syn1.0 ähnelt. Dieses Ergebnis legt die polygene Natur der Zellteilung und -morphologie in einer genomisch minimalen Zelle nahe.
Angesichts der Tatsache, dass der JCVI syn3.0 aufgrund seiner Minimalistik in der Lage ist, zu überleben und sich zu vermehren GenomEs kann als Modellorganismus verwendet werden, um verschiedene Zelltypen mit unterschiedlichen Funktionen zu erzeugen, die für Mensch und Umwelt von Nutzen sein können. Beispielsweise kann man Gene einführen, die zur Auflösung von Kunststoffen führen, sodass der neu entstandene Organismus für den biologischen Abbau von Kunststoffen genutzt werden kann. In ähnlicher Weise kann man sich vorstellen, in JCVI syn3.0 Gene für die Photosynthese hinzuzufügen, um die Nutzung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu ermöglichen und so dessen Konzentration zu senken und zur Reduzierung der globalen Erwärmung beizutragen, einem großen Klimaproblem, mit dem die Menschheit konfrontiert ist. Allerdings müssen solche Experimente mit größter Vorsicht behandelt werden, um sicherzustellen, dass wir keinen Superorganismus in die Umwelt freisetzen, der nach seiner Freisetzung schwer zu kontrollieren ist.
Nichtsdestotrotz kann die Idee einer Zelle mit minimalistischem Genom und deren biologischer Manipulation zur Schaffung verschiedener Zelltypen mit unterschiedlichen Funktionen führen, die in der Lage sind, wichtige Probleme der Menschheit und ihr letztendliches Überleben zu lösen. Es gibt jedoch einen Unterschied zwischen der Schaffung einer vollsynthetischen Zelle und der Schaffung einer funktionell synthetischen Zelle Genom. Eine ideale vollständig synthetische künstliche Zelle würde aus einem synthetisierten bestehen Genom zusammen mit synthetisierten zytoplasmatischen Komponenten, eine Leistung, die Wissenschaftler gerne früher als später in den kommenden Jahren erreichen würden, wenn der technologische Fortschritt seinen Höhepunkt erreicht.
Die jüngste Entwicklung könnte ein Sprungbrett zur Schaffung einer vollsynthetischen Zelle sein, die zum Wachstum und zur Teilung fähig ist.
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References:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Design und Synthese eines minimalen Bakteriums Genom. Wissenschaft 25 März 2016: Bd. 351, Ausgabe 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al. 2021. Genetische Anforderungen an die Zellteilung in einer genomisch minimalen Zelle. Zelle. Veröffentlicht: 29. März 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
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