تخضع الخلايا ذات الجينوم الاصطناعي البسيط لتقسيم الخلايا الطبيعي

خلايا مع توليفها الاصطناعي بالكامل الجينوم تم الإبلاغ عنها لأول مرة في عام 2010 والتي منها أضيق الحدود الجينوم وقد استمدت الخلية ذلك أظهر مورفولوجيا غير طبيعية عند انقسام الخلية. أدت الإضافة الحديثة لمجموعة من الجينات إلى هذه الخلية في أضيق الحدود إلى استعادة الانقسام الطبيعي للخلايا

الخلايا هي الوحدات الهيكلية والوظيفية الأساسية للحياة ، وهي نظرية اقترحها شلايدن وشوان في عام 1839. ومنذ ذلك الحين ، اهتم العلماء بفهم الوظائف الخلوية من خلال محاولة فك الشفرة الجينية بالكامل لفهم كيفية نمو الخلية وانقسامها إلى تؤدي إلى ظهور المزيد من الخلايا من نفس النوع. مع قدوم الحمض النووي التسلسل، أصبح من الممكن فك تشفير التسلسل الجينوم ومن ثم محاولة فهم العمليات الخلوية لفهم أساس الحياة. في عام 1984، اقترح مورويتز دراسة الميكوبلازما، أبسطها الخلايا قادرة على النمو المستقل، لفهم المبادئ الأساسية للحياة.  

ومنذ ذلك الحين، بذلت عدة محاولات للحد من الجينوم الحجم إلى رقم بسيط مما يؤدي إلى ظهور خلية قادرة على أداء جميع الوظائف الخلوية الأساسية. أدت التجارب أولاً إلى التخليق الكيميائي للميكوبلازما Mycoides الجينوم من 1079 كيلو بايت في عام 2010 وتمت تسميته باسم JCVI-syn1.0. تم إجراء المزيد من عمليات الحذف في JCVI-syn1.0 بواسطة Hutchinson III et al. (1) أدى إلى ظهور JCVI-syn3.0 في عام 2016 والذي كان له الجينوم حجمه 531 كيلو بايت مع 473 جينًا وكان زمن تضاعفه 180 دقيقة، على الرغم من وجود شكل غير طبيعي عند انقسام الخلايا. ولا يزال يحتوي على 149 جينا ذات وظائف بيولوجية غير معروفة، مما يشير إلى وجود عناصر غير مكتشفة بعد وضرورية للحياة. ومع ذلك، يوفر JCVI-syn3.0 منصة لدراسة وفهم وظائف الحياة من خلال تطبيق مبادئ الكل-الجينوم التصميم. 

مؤخرًا، في 29 مارس 2021، استخدم بيليتييه وزملاؤه (2) JCVI Syn3.0 لفهم الجينات المطلوبة لانقسام الخلايا وتشكلها عن طريق إدخال 19 جينًا في الخلية. الجينوم من JCVI Syn3.0، مما أدى إلى ظهور JCVI Syn3.0A الذي يحتوي على شكل مشابه لـ JCVI Syn1.0. عند انقسام الخلايا. تتضمن 7 من هذه الجينات التسعة عشر جينين معروفين لانقسام الخلايا و19 جينات تشفر البروتينات المرتبطة بالغشاء ذات الوظيفة غير المعروفة، والتي استعادت معًا النمط الظاهري المشابه لنمط JCVI-syn4. تشير هذه النتيجة إلى الطبيعة المتعددة الجينات لانقسام الخلايا وتشكلها في خلية صغيرة من الناحية الجينية.  

نظرًا لحقيقة أن JCVI Syn3.0 قادر على البقاء والتكاثر بناءً على تصميمه البسيط الجينوميمكن استخدامه ككائن حي نموذجي لإنشاء أنواع مختلفة من الخلايا ذات وظائف متنوعة يمكن أن تكون مفيدة للإنسان والبيئة. على سبيل المثال، يمكن للمرء إدخال الجينات التي تؤدي إلى إذابة المواد البلاستيكية بحيث يمكن استخدام الكائن الحي الجديد في تحلل المواد البلاستيكية بطريقة بيولوجية. وبالمثل، يمكن تصور إضافة الجينات المتعلقة بعملية التمثيل الضوئي في JCVI Syn3.0 مما يجعل من الممكن استخدام ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وبالتالي تقليل مستوياته والمساعدة في الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري، وهي قضية مناخية رئيسية تواجه البشرية. ومع ذلك، يجب التعامل مع مثل هذه التجارب بأقصى قدر من الحذر لضمان عدم إطلاق كائن حي خارق في البيئة يصعب السيطرة عليه بمجرد إطلاقه. 

ومع ذلك، فإن فكرة وجود خلية ذات جينوم بسيط ومعالجتها البيولوجية يمكن أن تؤدي إلى خلق أنواع مختلفة من الخلايا ذات وظائف متنوعة قادرة على حل القضايا الرئيسية التي تواجه البشرية وبقائها في نهاية المطاف. ومع ذلك، هناك فرق بين إنشاء خلية اصطناعية بالكامل مقابل إنشاء خلية اصطناعية وظيفية الجينوم. تتكون الخلية الاصطناعية المثالية من خلية صناعية مركبة الجينوم جنبًا إلى جنب مع المكونات السيتوبلازمية المركبة، وهو إنجاز يرغب العلماء في تحقيقه عاجلاً وليس آجلاً في السنوات القادمة مع وصول التقدم التكنولوجي إلى ذروته.  

يمكن أن يكون التطور الأخير نقطة انطلاق نحو إنشاء خلية اصطناعية بالكامل قادرة على النمو والانقسام. 

***

المراجع:  

1. Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. تصميم وتركيب الحد الأدنى من البكتيريا الجينوم. العلوم 25 آذار (مارس) 2016: المجلد. 351 العدد 6280 aad6253 
   دوى: https://doi.org/10.1126/science.aad6253   

2. Pelletier JF، Sun L.، et al 2021. المتطلبات الجينية لانقسام الخلية في خلية ذات أدنى مستوى جينوميًا. زنزانة. تاريخ النشر: ٢٩ مارس ٢٠٢١. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008 

***