برای نخستین بار در جهان، گروهی از دانشمندان موفق شدند یک سلول مصنوعی بسازند که توانایی تقسیم شدن دارد.
این سلول که با نام اسپادسل (SpudCell) شناخته میشود، هنوز موجود زنده واقعی به شمار نمیآید، اما بستری ارزشمند برای بررسی پدیده پیدایش حیات از مواد غیرزنده یا همان آبیوژنز فراهم کرده است.
یکی از بهترین راهها برای درک نحوه عملکرد یک سامانه، ساختن نمونهای از آن است؛ بهویژه زمانی که با فناوریهایی روبهرو باشیم که انسان آنها را طراحی کرده. با این حال، بازسازی سازوکارهای بسیار پیچیده حیات، بهمراتب دشوارتر از ساخت تجهیزات مهندسی خواهد بود.
در یک مطالعه که در پایگاه bioRxiv منتشر شده، گروهی از پژوهشگران دانشگاه مینهسوتا اعلام کردند که برای نخستین بار توانستهاند سلولهای مصنوعی بسیار سادهای را طراحی کنند که قابلیت تقسیم شدن و افزایش تعداد را دارند. این دستاورد تازهترین گام در مجموعه تحقیقات آنها درباره آبیوژنز به شمار میرود؛ فرایندی که حدود چهار میلیارد سال پیش موجب شد حیات از ترکیبی از مواد شیمیایی بیجان روی زمین شکل بگیرد.
کاتارژینا آدامالا، سرپرست این پروژه، در گفتوگو با مجله کوانتا توضیح داد که سلول امروزی را میتوان با هواپیمای پیشرفته بوئینگ ۷۸۷ Dreamliner مقایسه کرد، اما آنچه آنها ساختهاند، بیشتر شبیه هواپیمای ابتدایی برادران رایت است؛ چیزی در حد نخستین دوچرخهای که بال به آن اضافه شده و تنها میتواند حدود ۳۰ متر پرواز کند.
این سلولهای موسوم به اسپادسل که نام آنها ادای احترامی به ریشههای لهستانی کاتارژینا آدامالا است، ادامه مسیر پژوهشهایی محسوب میشوند که سالها روی سلولهای مینیمال انجام شده. سلول مینیمال به سلولی گفته میشود که فقط کمترین اجزای زیستی لازم برای ادامه فعالیت را در اختیار دارد. یکی از شناختهشدهترین نمونهها، باکتری مصنوعی JCVI-syn3.0 است که مؤسسه جی. کریگ ونتر در ایالت مریلند در سال ۲۰۱۶ آن را توسعه داد. این باکتری تنها ۴۷۳ ژن و ۵۳۱ هزار جفت باز دارد، در حالی که ژنوم انسان نزدیک به سه میلیارد جفت باز را در خود جای داده. اسپادسلها حتی از این نمونه نیز سادهتر هستند و فقط ۳۶ ژن و ۹۰ هزار جفت باز دارند. بخش عمده این توالی ژنتیکی از باکتری E. coli گرفته شده، بخشی دیگر متعلق به فاژها است و چند ژن نیز از یک پروتئین فلورسنت استخراجشده از عروس دریایی به آن افزوده شده تا مشاهده این سلولها آسانتر باشد.
تفاوت اسپادسل با سلول معمولی چیست؟
مهمترین پیشرفت این پروژه، توانایی تقسیم شدن این سلولها است؛ هرچند این فرایند دقیقاً مشابه تقسیم سلولهای بدن انسان انجام نمیشود. در حالت طبیعی، سلولها ابتدا اسکلت سلولی خود را که از رشتههای پروتئینی موجود در سیتوپلاسم تشکیل شده بازآرایی میکنند، سپس DNA را به دو بخش تقسیم کرده و در نهایت از هم جدا میشوند. اما اسپادسلها از برچسبهای شیمیایی بهره میبرند که باعث جذب پروتئینها به سمت غشای سلولی میشود و همین تجمع، غشا را وادار میکند تا باریک شده و در نهایت سلول به دو قسمت تفکیک شود.
کاتارژینا آدامالا در بیانیهای اعلام کرد که آنها توانستهاند مجموعه کاملی از رفتارهای یک سلول را با استفاده از شیمی بازآفرینی کنند؛ کاری که پیشتر تنها در زیستشناسی امکانپذیر بود. او افزود این موفقیت نشان میدهد بنیادیترین ویژگیهای حیات، از جمله رشد و همانندسازی، به هیچ نیروی اسرارآمیز یا جرقه جادویی وابسته نیستند.
با وجود این موفقیت، هنوز نمیتوان این سلولهای مصنوعی را موجوداتی زنده دانست؛ همانند نخستین سلولهایی که میلیاردها سال پیش روی زمین پدید آمدند. اگرچه این ساختارها برخی رفتارهای شبیه موجودات زنده را بروز میدهند، اما تجهیزات زیستی لازم برای ادامه حیات در بلندمدت را در اختیار ندارند. برای نمونه، آنها قادر به تولید ریبوزوم نیستند؛ ساختارهایی که وظیفه تولید پروتئین را بر عهده دارند. به همین دلیل، تیم کاتارژینا آدامالا ناچار بود بهطور مداوم پروتئینها و آنزیمهای ضروری را در اختیار این سلولها قرار دهد تا فعالیتشان ادامه پیدا کند. حتی با این شرایط نیز اسپادسلها حداکثر توانستند تا ۱۰ نسل دوام بیاورند.
جان گلس، پژوهشگری که هدایت تحقیقات مربوط به سلولهای مصنوعی را در مؤسسه جی. کریگ ونتر بر عهده دارد و در این پروژه مشارکت نداشت، در گفتوگو با نیویورک تایمز اظهار کرد که تیم کاتارژینا آدامالا یک سلول مصنوعی غیرزنده را طراحی و تولید کرده که بیش از هر نمونه دیگری در حوزه ساخت سلول از پایین به بالا، به زنده بودن نزدیک شده است.
آدامالا در گفتوگو با New Scientist توضیح داد تا زمانی که اسپادسلها نتوانند ریبوزوم تولید کنند، برای مدت نامحدود تکثیر شوند و فرایند تکامل داروینی را پشت سر بگذارند، نمیتوان آنها را موجوداتی زنده به حساب آورد. با این حال، این سلولهای مصنوعی ابزار پژوهشی تازهای در اختیار دانشمندان قرار میدهند تا منشأ حیات روی زمین را با دقت بیشتری بررسی کنند و تصویری روشنتر از گذشته بسیار دور سیاره ما به دست آورند.
