Stvaranje sintetičkih stanica, koje bi mogle replicirati osnovne funkcije života, jedno je od najambicioznijih znanstvenih istraživanja modernog doba. Tim znanstvenika sa Sveučilišta Groningen, pod vodstvom profesora Berta Poolmana, predvodnik je u ovom istraživačkom području. Njihov rad fokusira se na stvaranje ključnih staničnih modula, koji uključuju jednostavnije verzije sustava za proizvodnju energije i prijenos hranjivih tvari, što su osnovni elementi života. Najnoviji napredci u ovom području predstavljaju temelj za izgradnju sintetičke stanice koja bi mogla obavljati složene funkcije slične onima u živim organizmima.

Jedan od glavnih ciljeva istraživača je pojednostaviti složene procese koji se događaju unutar živih stanica. U stvarnim stanicama, mitohondriji, poznati kao 'energetske tvornice' stanice, koriste stotine komponenti za pretvaranje ADP-a u ATP, glavnu molekulu koja pohranjuje energiju potrebnu za život. Poolmanov tim je uspio značajno pojednostaviti ovaj proces, koristeći samo pet komponenti za stvaranje ATP-a. Njihov sustav koristi aminokiselinu arginin kao izvor energije, što predstavlja ključni korak prema izgradnji funkcionalnog sustava za proizvodnju energije unutar sintetičkih stanica.

Iako ovaj sustav dolazi s određenim ograničenjima - primjerice, može koristiti samo arginin kao izvor energije, dok stvarne stanice koriste razne molekule poput šećera, masti i aminokiselina - to je i dalje značajan korak naprijed u razumijevanju stanične energije. Na ovaj način istraživači mogu bolje kontrolirati i analizirati proces proizvodnje energije, što je ključna komponenta života. Proizvodnja energije temelj je za održavanje osnovnih bioloških funkcija, poput rasta, diobe stanica i sinteze proteina, a razumijevanje tog procesa može otvoriti vrata novim primjenama u biotehnologiji.

Pojednostavljeni prijenos hranjivih tvari

Drugi ključni dio istraživanja tima iz Groningena odnosi se na prijenos hranjivih tvari. U stvarnim stanicama, prijenos hranjivih tvari je izuzetno složen proces koji zahtijeva niz transportnih proteina i enzima. Poolmanov tim je uspio pojednostaviti ovaj proces korištenjem malih mjehurića, nazvanih vezikule, koji mogu apsorbirati hranjive tvari iz okoline i iskoristiti ih za proizvodnju energije. Ovaj sustav koristi električni potencijal koji omogućuje unos hranjivih tvari poput laktoze, koja se zatim unutar vezikule pretvara u korisne molekule poput glukoze i galaktoze. Kasnije su dodani enzimi koji omogućuju daljnju oksidaciju šećera, što rezultira stvaranjem NADPH-a, molekule koja ima ključnu ulogu u biosintezi i proizvodnji energije unutar stanica.

Ovaj napredak omogućava daljnju izgradnju složenijih sustava unutar sintetičkih stanica. Korištenjem samo nekoliko komponenti, tim je uspio oponašati složene procese koji se događaju u živim stanicama, čime je omogućeno daljnje razumijevanje kako stanice funkcioniraju na osnovnoj razini. Prijenos hranjivih tvari i njihova pretvorba u energiju temeljni su procesi u životu, a pojednostavljivanjem ovih sustava istraživači mogu bolje analizirati kako ovi procesi funkcioniraju i kako se mogu kontrolirati.

Daljnji koraci prema sintetičkom životu

Ovi moduli, iako ključni, predstavljaju samo dio procesa potreban za stvaranje potpuno funkcionalne sintetičke stanice. Da bi stanica mogla samostalno rasti, dijeliti se i obavljati složene funkcije, potrebno je integrirati još mnogo različitih sustava. Poolmanov tim trenutno radi na povezivanju sustava za proizvodnju energije s drugim sustavima, poput stanične diobe, kako bi stvorili stanicu koja može autonomno funkcionirati. Projekt BaSyc, u kojem sudjeluje šest istraživačkih instituta, vodi ova istraživanja s ciljem stvaranja stanice iz neživih komponenti.

Sintetičke stanice, kada budu u potpunosti razvijene, imat će široku primjenu u biotehnologiji, medicini i razvoju novih biomaterijala. Razumijevanje kako ovi sustavi funkcioniraju na osnovnoj razini omogućit će stvaranje prilagođenih staničnih sustava koji mogu obavljati specifične zadatke, poput isporuke lijekova ili proizvodnje specifičnih molekula. Ovaj istraživački rad također pruža ključne uvide u osnovne principe biologije, pomažući znanstvenicima da bolje razumiju što život čini živim.

Budućnost sintetičkog života

Financiranje novih istraživanja kroz EVOLF projekt, koji je osigurao financiranje od 40 milijuna eura, omogućit će znanstvenicima da nastave istraživanja u narednih deset godina. Cilj ovog projekta je otkriti koliko se različitih modula može povezati kako bi se stvorila sintetička stanica koja može autonomno funkcionirati. Ovaj projekt ne samo da će omogućiti stvaranje 'nacrta života', već će pružiti ključne uvide u temeljne biološke procese koji su još uvijek nedovoljno shvaćeni.

Jedan od glavnih izazova u stvaranju sintetičkog života je integracija različitih sustava u jedan kohezivni sustav. Iako su Poolmanov tim i njihovi suradnici već postigli značajan napredak u stvaranju pojednostavljenih modula za proizvodnju energije i prijenos hranjivih tvari, još uvijek je potrebno mnogo istraživanja kako bi se ovi sustavi povezali u funkcionalnu cjelinu. Unatoč izazovima, svaki novi napredak u ovom području donosi nove spoznaje i približava nas stvaranju sintetičkog života.

Značaj sintetičkog života

Stvaranje sintetičkog života nije samo znanstveni izazov; to je istraživanje koje bi moglo imati duboke posljedice za budućnost čovječanstva. Sintetičke stanice mogle bi se koristiti za proučavanje osnovnih bioloških procesa, razvoj novih terapija i proizvodnju biomaterijala. Na primjer, stanice koje su sposobne sintetizirati specifične molekule mogle bi se koristiti za proizvodnju lijekova ili za isporuku terapijskih molekula na ciljana mjesta unutar tijela. Također, sintetički stanični sustavi mogli bi se koristiti za stvaranje novih materijala s prilagođenim svojstvima, poput biokompatibilnih materijala za medicinske implantate.

Osim praktičnih primjena, stvaranje sintetičkog života također postavlja važna filozofska pitanja o prirodi života. Ako je moguće stvoriti život iz neživih komponenti, što to govori o definiciji života? Ova pitanja otvaraju nove rasprave o granicama biologije i tehnologije, te o ulozi znanstvenika u stvaranju novih oblika života. Sintetički život također donosi etičke izazove, jer otvara mogućnost stvaranja organizama s potpuno novim svojstvima i funkcijama.

Izvor: University of Groningen