เซลล์สังเคราะห์อาจเปิดเผยสิ่งที่จำเป็นสำหรับชีวิต
หนึ่งในความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของชีววิทยาในปี 2016 คือจงใจ เว็บสล็อตแตกง่าย ให้มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นั่นคือการสร้างแบคทีเรียที่มีเพียง 473 ยีน พิมพ์เขียวทางพันธุกรรมขนาดไพน์นั้น ซึ่งเล็กที่สุดสำหรับเซลล์ที่มีชีวิตอิสระใดๆ ที่รู้จักกัน เป็นก้าวสำคัญในความพยายามนานหลายทศวรรษในการสร้างสิ่งมีชีวิตที่มีเพียงสิ่งจำเป็นที่จำเป็นต่อการดำรงอยู่และขยายพันธุ์ ในที่สุดเซลล์ “จีโนมขั้นต่ำ” ดังกล่าวอาจใช้เป็นแม่แบบสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ผลิตในห้องปฏิบัติการซึ่งสูบฉีดยา สร้างสารเคมีที่เป็นนวัตกรรมสำหรับอุตสาหกรรมและการเกษตร หรือปั่นโมเลกุลอื่น ๆ ที่ยังไม่ได้จินตนาการ โครงการนี้ยังระบุยีนที่สำคัญต่อการอยู่รอดของจุลินทรีย์แต่ส่วนใหญ่ไม่คุ้นเคยกับวิทยาศาสตร์ โดยเน้นที่ช่องว่างหลักในการทำความเข้าใจหนังสือคู่มือชีวิตของนักวิจัย
แบคทีเรียที่ออกแบบใหม่นี้ได้รับการยกย่องว่าเป็นชัยชนะทางเทคนิค ในปี 2010 นักวิจัยจากสถาบัน J. Craig Venter ใน La Jolla รัฐแคลิฟอร์เนีย ได้เย็บสำเนาจีโนมทั้งหมดของแบคทีเรียMycoplasma mycoides เข้าด้วยกันและใส่เข้าไปในเซลล์ของแบคทีเรียอีกตัวหนึ่งที่จีโนมถูกกำจัดออกไป แต่ “เซลล์สังเคราะห์” ที่มีชื่อเรียกว่าJCVI-syn1.0มีสำเนาทั้งหมดของจีโนมที่มีอยู่ ด้วยองค์ประกอบทางเคมีของ DNA มากกว่า 1 ล้านชุด ซึ่งรวมถึงยีน 901 ยีน ถือว่ามีน้อยมาก
เวอร์ชันล่าสุด JCVI-syn3.0 รายงานเมื่อเดือนมีนาคมในScience ( SN: 4/16/16, p. 6 ) มี DNA ประมาณครึ่งหนึ่ง นอกจากนี้ยังเป็นเซลล์แรกที่สร้างขึ้นโดยใช้หลักการออกแบบของมนุษย์: ส่วนหนึ่งของจีโนมมียีนสำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การซ่อมแซมดีเอ็นเอ ซึ่งจัดกลุ่มเข้าด้วยกันแทนที่จะกระจัดกระจายโดยไม่ได้ตั้งใจ การละทิ้งความไม่เป็นระเบียบของวิวัฒนาการสำหรับพิมพ์เขียวที่ขับเคลื่อนด้วยตรรกะทำให้เกิดแนวทางแบบ “เสียบปลั๊กแล้วเล่น” แดเนียล กิ๊บสัน สมาชิกของทีม JCVI กล่าว เพื่อปรับแต่งกระบวนการเมตาบอลิซึม เช่น ไกลโคไลซิส ตัวอย่างเช่น “แทนที่จะเปลี่ยนยีนหนึ่ง แล้วก็อีกยีนหนึ่ง คุณสามารถดึงโมดูลทั้งหมดออกมาแล้วสร้างใหม่ได้”
George Church นักวิทยาศาสตร์จีโนมแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานของจีโนมในขณะที่ยังคงมีเซลล์ทำงานอยู่นั้นเป็นสิ่งที่น่าสังเกต “พวกเขาพบว่า ไม่ว่าพวกเขาจะประกอบอะไรเข้าด้วยกัน มันก็พัง” เชิร์ชกล่าว
Claudia Vickers นักเทคโนโลยีชีวภาพจาก Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology ในบริสเบน กล่าวว่า ศักยภาพของเซลล์สังเคราะห์มีศักยภาพมหาศาล นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการออกแบบสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ เช่น ยีสต์ เพื่อช่วยในการสร้างยารักษาโรคมาเลเรีย ตอนนี้โรงงานเซลลูล่าร์เล็กๆ ที่ออกแบบมาให้มีประสิทธิภาพสูงและปรับให้เข้ากับงานเฉพาะนั้นอยู่ในสายตาแล้ว Vickers กล่าว
เทคนิคที่ใช้ในการสร้าง JCVI-syn3.0 โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาควบคู่ไปกับเครื่องมือทางวิศวกรรมอื่นๆ เช่น ระบบ CRISPR/Cas9 ที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ ( SN: 9/3/16, หน้า 22 ) เป็นขั้นตอนที่มีความหมายสำหรับครั้งหนึ่งที่อยู่ห่างไกล เป้าหมายของมินิแมชชีนจำลองตัวเอง “มันสำคัญสำหรับอนาคตที่ทำให้เราจินตนาการได้” วิคเกอร์สกล่าว
นับตั้งแต่ประกาศ JCVI-syn3.0 ทีมงานได้ใช้เทคนิคทางวิศวกรรมเดียวกันนี้เพื่อเปลี่ยนแบคทีเรียVibrio natrigens ที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ให้กลายเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ Vibrio ที่ได้รับ การออกแบบทางวิศวกรรม- ขนานนามว่า Vmax – ลดเวลาที่ใช้ในการทดลองในห้องปฏิบัติการโดยเฉพาะลงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับต้นฉบับ Gibson กล่าว
ความพยายามจีโนมน้อยที่สุดยังมีจุดมุ่งหมายที่คำถามเชิงปรัชญาที่ใหญ่กว่า:
ชีวิตคืออะไร? ในการบรรยายในปี 1984 ผู้เชี่ยวชาญด้านต้นกำเนิดของชีวิต Harold Morowitz กล่าวถึงการศึกษา จีโนม Mycoplasma ที่มีขนาดเล็กและเรียบง่าย อาจช่วยเติมพลังให้ชีววิทยาขั้นพื้นฐานในลักษณะที่การศึกษาอะตอมของไฮโดรเจนทำให้คำถามเกี่ยวกับฟิสิกส์และเคมีมีความคมชัดขึ้น (Morowitz เสียชีวิตในเดือนมีนาคม สองวันก่อนงาน JCVI-syn3.0 จะถูกเผยแพร่ทางออนไลน์)
ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์หลายคนต้องตะลึงเมื่อรู้ว่า JCVI-syn3.0 มียีน 65 ยีนที่ไม่มีหน้าที่ใดที่รู้จักซึ่งจำเป็นต่อการอยู่รอด ลอเรนซ์ เฮิร์สต์ ผู้เชี่ยวชาญด้านจีโนมิกส์วิวัฒนาการจากมหาวิทยาลัยบาธในอังกฤษกล่าวว่า “นี่เป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่มีการศึกษาดีที่สุดของเรา และเรายังไม่รู้ว่ายีนเหล่านั้นกำลังทำอะไรอยู่” “มันเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม”
ปะการังอยู่ในภาวะวิกฤต
สาหร่ายที่ให้สารอาหารแก่ปะการังจะเป็นพิษและทำให้ปะการัง “ฟอกขาว” และบางครั้งอาจตายเมื่ออุณหภูมิของมหาสมุทรเพิ่มสูงขึ้น นักวิจัยกำลังเพาะพันธุ์ปะการังที่เสียหายด้วยลูกปะการังอ่อนและเพาะพันธุ์ปะการังที่ทนต่อความร้อนเพื่อช่วยสัตว์ทะเลที่เป็นโรคนี้Amy McDermottรายงานในหัวข้อ “การสร้างแนวปะการังใหม่” ( SN: 10/29/16, p. 18 )
Ronald Swagerสงสัยว่านักวิจัยสามารถใช้พันธุวิศวกรรมเพื่อทำให้สาหร่ายที่เครียดจากความร้อนไม่เป็นพิษได้หรือไม่
เครื่องมือแก้ไขยีนอาจช่วยให้ปะการังอยู่รอด แต่การวิจัยยังค่อนข้างเป็นเบื้องต้นJanelle Thompsonนักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อมที่ MIT กล่าว ท่ามกลางความยากลำบาก: นักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่าสาหร่ายเป็นพิษในระดับโมเลกุลได้อย่างไร และพวกเขาสามารถเดาได้เฉพาะบทบาทของยีนของสาหร่ายส่วนใหญ่เท่านั้น “ความท้าทายหลักประการหนึ่งคือขนาดของจีโนม [สาหร่าย] ซึ่ง … เทียบเท่ากับจีโนม เว็บสล็อตแตกง่าย
