Najbardziej kompletna symulacja komórki sonduje ukryte zasady życia

0
291

Od dziwacznych stworzeń w głębinach oceanów do bakterii znajdujących się w naszych ciałach, całe życie na Ziemi składa się z komórek. Ale mamy tylko bardzo ogólne pojęcie o tym, jak funkcjonują nawet najprostsze z tych komórek.

Teraz, jak opisano niedawno w Komórka, zespół z University of Illinois, Urbana-Champaign i ich koledzy stworzyli najbardziej kompletną symulację komputerową żywej komórki w historii. Dzięki temu cyfrowemu modelowi biolodzy mogą przedrzeć się przez ograniczenia natury i przyspieszyć badania nad tym, jak tyka najbardziej podstawowa jednostka życia – i co by się stało, gdyby tykała inaczej.

„Wyobraź sobie, że możesz z jednej symulacji… odzyskać wyniki, których przeprowadzenie wymagałoby wielu, wielu eksperymentów” – powiedział starszy autor Zaida (Zan) Luthey-Schulten, który kierował grupą przeprowadzającą symulacje na Uniwersytecie Illinois. Korzystając z modelu, ona i jej koledzy dokonali już zaskakujących odkryć dotyczących fizjologii i cyklu reprodukcyjnego modelowanej komórki, a symulacja nadal służy jako generator pomysłów do dalszych eksperymentów.

„Po raz pierwszy możemy naprawdę dokładnie przyjrzeć się obliczeniom metabolizmu całego złożonego układu — nie tylko reakcji biochemicznej lub bardzo sztucznego układu, ale całej żywej komórki” — powiedziała Kate Adamala, biolog syntetyczny i adiunkt. na University of Minnesota, który nie był zaangażowany w badanie. Przez lata naukowcy próbowali modelować całe komórki i dokładnie przewidywać ich biologię, ale nie udało im się, ponieważ większość komórek jest zbyt złożona. „Trudno zbudować model, jeśli nie wiesz, jakie klocki Lego w niego wchodzą” — powiedział Adamala.

Ale komórka, z którą pracuje grupa z Illinois, jest tak prosta, ma znacznie mniej genów niż jakakolwiek inna komórka, że ​​jej fizjologia jest łatwiejsza do ustalenia, co czyni ją idealną platformą dla modelu.

Komórka, o której mowa, to wykonana w laboratorium „minimalna komórka”, która balansuje na granicy życia i nieożywionej, niosąc ograniczoną liczbę genów, z których większość jest niezbędna do przetrwania. Poprzez replikację znanych procesów biochemicznych zachodzących w tej bardzo podstawowej komórce i śledzenie wszystkich składników odżywczych, odpadów, produktów genów i innych cząsteczek przemieszczających się przez nią w trzech wymiarach, symulacja przybliża naukowców do zrozumienia, w jaki sposób utrzymuje się najprostsza forma życia i ujawnia niektóre podstawowych wymagań życia.

Odkrycia są odskocznią do budowania modeli komórek naturalnych, które są bardziej złożone i znaczące. Jeśli naukowcy zdołają w końcu zbudować równie szczegółową symulację pospolitej bakterii jelitowej? Escherichia colina przykład, „byłoby to absolutną zmianą w grze, ponieważ cała nasza bioprodukcja działa dalej E coli”, powiedział Adamala.

Cyfrowe życie

Minimalna komórka modelowana przez zespół, JCVI-syn3A, jest zaktualizowaną wersją komórki opracowanej przez biologów syntetycznych z Instytutu J. Craiga Ventera i przedstawionej w Nauki ścisłe w 2016 roku. Jego genom jest wzorowany na genomie bardzo prostej bakterii Mykoplazmy mycoides, ale pozbawione genów, które naukowcy biorący udział w projekcie systematycznie określali, że nie są niezbędne do życia. JCVI-syn3A radzi sobie z zaledwie 493 genami, mniej więcej połową liczby inspiracji bakteryjnej i tylko około jednej ósmej E coli ma.

Choć prosta, komórka jest nadal enigmatyczna. Na przykład nikt nie wie, co robią 94 z tych genów, poza tym, że komórka umiera bez nich. Ich obecność sugeruje, że mogą istnieć „życiowe zadania lub funkcje niezbędne do życia, których… nauka jest nieświadoma” – powiedział John Glass, współautor nowego badania, lider grupy biologii syntetycznej w Instytucie Venter i członek zespołu. która opracowała minimalną komórkę w 2016 roku. Dzięki modelowaniu naukowcy mają nadzieję, że będą mogli szybko zacząć odkrywać niektóre z tych tajemnic.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj