Příjem potravy, růst, kopírování vlastního genetického materiálu, dělení a dokonce i soutěž o zdroje: to vše dělá SpudCell, buněčný systém, který nepochází z žádného živého organismu, ale byl sestaven kousek po kousku v laboratoři na Minnesotské univerzitě. Výzkumnice Kate Adamala a její tým jej popisují jako syntetický systém, který se nejvíce blíží živému organismu, jaký byl kdy vytvořen.
Vytvářet místo modifikovat
Syntetická biologie se již léta vyvíjí, ale drtivá většina úspěchů vycházela ze „zkratky“: vzít již existující bakterie nebo jiné mikroorganismy a přeprogramovat část jejich genetického kódu, aby se z nich staly továrny na léky, biopaliva nebo průmyslové sloučeniny. SpudCell s touto logikou skoncoval. Řadí se k tomu, co odborníci nazývají syntetickou biologií typu „bottom-up“, tedy stavění z nejzákladnějších komponent namísto úprav toho, co již příroda poskytla.
Co se skrývá uvnitř této umělé buňky? Skrývá se v ní membrána tvořená lipidy, syntetický genom o délce přibližně 90 000 bází rozložený do několika plazmidů, což jsou malé kruhové molekuly DNA, 36 purifikovaných enzymů a zbytek molekulárního aparátu nezbytného pro koordinaci jejích procesů. Každá složka je známá a výzkumníci ji mohou záměrně měnit.
Kompletní a integrovaný životní cyklus
Skutečnou novinkou není to, že se umělá struktura dokáže dělit. Výzvou bylo integrovat všechny životně důležité funkce do jediného systému, a právě toho SpudCell dosahuje. Během růstu přijímá látky z okolí. Jakmile dosáhne určité velikosti, replikuje svou DNA a vzápětí se její membrána rozdělí, čímž vzniknou dvě nové buňky, které celý proces opakují. Adamala zdůrazňuje, že nikdy předtím žádný systém sestavený výhradně z chemických složek tento cyklus integrovaně nedokončil.
Přirozený výběr ve zkumavce
Snad nejpozoruhodnější výsledek přišel v pozdější fázi experimentu. Vědci zavedli malou genetickou variaci, která umožňovala některým buňkám rychleji produkovat protein klíčový pro růst. Výsledek byl přesně takový, jaký evoluční teorie předpovídá: modifikované buňky rostly rychleji, vytvořily více potomků a po několika generacích vytlačily původní populaci. Když docházelo k nedostatku živin, tato výhoda se ještě více prohloubila. Systém se tedy nejen rozmnožoval, ale procházel i základním procesem přirozeného výběru.
Je to živé?
Po staletí se hranice mezi soustavou molekul a živým organismem jevila jako problém vyhrazený filozofii. SpudCell tuto debatu neuzavírá a samotný Adamalův tým trvá na tom, že jejich výtvor není živý. Umělá buňka je zcela závislá na laboratoři: vědci jí musí dodávat mnoho složek potřebných k výrobě bílkovin a k udržení jejího fungování. Také se nemůže množit donekonečna, protože po několika generacích ztrácí stabilitu.
I tak tato práce směřuje k zásadnímu závěru: základní funkce života možná nevyžadují žádné tajemné vlastnosti, které by byly výsadou pouze přírodních buněk. Mohly by vzniknout jednoduše tehdy, když se vhodné molekuly uspořádají správným způsobem.
Aplikace a úskalí
Jelikož se jedná o plně programovatelnou platformu, budoucí verze těchto syntetických buněk by mohly být navrženy tak, aby vyráběly léky, produkovaly materiály udržitelným způsobem, zachycovaly oxid uhličitý nebo fungovaly jako miniaturní biologické továrny určené pro velmi konkrétní úkoly. Přesnost, s jakou mohou vědci modifikovat jednotlivé složky, daleko přesahuje možnosti přírodních organismů.
Je však třeba upozornit na jednu důležitou výhradu: SpudCell zatím neprošel recenzním řízením v konvenčním vědeckém časopise. Adamalův tým zveřejnil rukopis o rozsahu přibližně 200 stran a projekt veřejně představil prostřednictvím Minnesotské univerzity poté, co byla předchozí verze odmítnuta prestižním časopisem Cell. To sice nezpochybňuje platnost výsledků, ale je to skutečnost, kterou by čtenář měl mít na paměti.