Mikroskopska kap vode okružena masnom membranom, u kojoj se nalaze kemijske tvari i samo fragmenti DNK koji kodiraju 36 gena. Od toga se sastoji nova stanica, koja se još ne može nazvati živom, ali je neosporno dosad najbliža točka izgradnji žive stanice od nule. U studiji objavljenoj ovih dana na internetu sintetička biologinja sa Sveučilišta u Minnesoti, Kate Adamala, i njezin tim pokazuju da njihov razvoj nazvan „SpudCell” može rasti spajanjem s drugim kapima, replicirati svoj genom i dijeliti se. Istraživači ipak naglašavaju da SpudCell još nije živa stanica jer se ne može dijeliti kroz više generacija niti prolaziti evolucijske promjene.
Istraživači odavno sanjaju o stvaranju stanica u laboratoriju, s jedne strane radi razumijevanja temelja života, a s druge radi proizvodnje stanica koje se lakše mogu modificirati za proizvodnju određenih spojeva. Većina timova, međutim, postavila je niže ciljeve i pokušavala oponašati pojedine funkcije stanice, primjerice prehranu ili rast. Usklađivanje više funkcija iznimno je velik izazov jer one obično najbolje rade u različitim uvjetima, primjerice uz određenu količinu magnezija ili određenu razinu kiselosti. „Ugraditi sve te funkcije u jednu sintetičku stanicu pothvat je na koji je znanost odavno čekala”, kaže Job Boekhoven, sistemski kemičar s Tehničkog sveučilišta u Münchenu, iako naglašava da tvrdnje nove studije tek treba podvrgnuti stručnoj recenziji.
Istraživači koji pokušavaju graditi sintetičke stanice ili koriste molekule potrebne za već postojeći život, primjerice DNK i masne kiseline, ili razvijaju potpuno sintetičke gradivne elemente. Razvojni inženjeri SpudCella slijede prvi pristup, oslanjajući se na sustav PURE razvijen prije nekoliko desetljeća: to je svojevrsni osnovni komplet biomolekula – uključujući proteine i ribosome – potrebnih za transkripciju DNK u mRNK te translaciju RNK u proteine. Drugi su istraživači te gradivne elemente smještali u liposome – zapravo kapi vode okružene masnim kiselinama – kako bi stvorili sustave koji obavljaju neke osnovne funkcije stanice, primjerice proizvodnju proteina. No takve se kapi nikada nisu mogle hraniti i dijeliti zahvaljujući svojem genomu.
Pametnim inženjerskim rješenjima istraživačka skupina Kate Adamala osmislila je stanice SpudCell tako da to mogu i one. Skup gena 50 puta manji od tipičnog bakterijskog genoma opskrbili su genima koji SpudCellu omogućuju proizvodnju posebnih molekularnih markera i njihovo izražavanje na površini kapi. Oni služe kao hvatišta za hranjive vezikule – manje liposome koji sadrže enzime i druge molekule potrebne staničnoj kapi. Te „hrane” omogućuju rast stanica SpudCell i replikaciju njihova genoma.
U drugom koraku istraživači su u genom SpudCella kodirali mehanizam za dijeljenje kapi: drugu vrstu površinskog markera, takozvani FLAG, koji se može vezati za veliku molekulu zvanu streptavidin. Vezanje stvara odbojnu silu među površinskim molekulama, a ako se mediju doda dovoljno streptavidina, sila kap u biti razdvoji na dvije. „Jednostavniji proces od toga ne bi mogao biti”, kaže Adamala.
Adamala priznaje da je proces dijeljenja vrlo neučinkovit. Kako bi postigli više ciklusa dijeljenja, istraživači su stanice SpudCell morali mehanički razdvajati provlačeći ih kroz membranu sa sitnim rupicama. Nakon što su to učinili više puta, pojavio se novi problem: budući da se replicirani genomi pri dijeljenju ne razdvajaju pravilno, nakon pet ciklusa dijeljenja samo je 30% stanica SpudCell nosilo cjeloviti genom.
S vremenom se i ribosom, složeni stroj koji proizvodi proteine, razgrađuje u SpudCellima, a sustav nema načina da proizvede nove ribosome ili ukloni stare. Unatoč tome SpudCell je važan prekretnički korak, kaže Drew Endy, sintetički biolog sa Sveučilišta Stanford. Dokazuje da, ako se spoje četiri-pet različitih stvari iz različitih znanstvenih rezultata, možemo postići da ta stvar raste i dijeli se, kaže stručnjak.
Budući da su sastavnice SpudCella dobro poznate, prema Adamali biolozi će postupno moći dalje razvijati sustav. „Nije osobito učinkovit, ali točno znamo kako je građen”, kaže. Nasuprot tome, dodaje, sintetičke biologe koji žive stanice žele modificirati u druge svrhe koči nedostatak znanja. Dok njezine stanice nalikuju prvom zrakoplovu braće Wright, istraživači koji rade sa stvarnim stanicama „poput su inženjera kojem daju cijeli Dreamliner bez nacrta”.
Iako SpudCellovi još nemaju evolucijsku sposobnost svojstvenu životu, jedan Adamalin pokus pokušava i u tom smjeru: u neke stanice SpudCell unijela je genetsku mutaciju zbog koje one proizvode više površinskih markera za hranjive vezikule, pa uzimaju više hrane i brže rastu. I doista, mutirani SpudCellovi nadmašili su nemutirane varijante: nakon pet ciklusa rasta i dijeljenja otprilike 60% genoma nosilo je mutaciju. To naravno nije prirodna darwinovska evolucija jer su mutaciju ugradili istraživači, a stanice su se morale mehanički prisiljavati na dijeljenje, ali velik je korak prema oponašanju toga.
