Co můžeme čekat od JCVI-syn3.0, buňky s minimálním genomem?

Americký biotechnolog John Craig Venter a jeho tým z J. Craig Venter Institute ohlásili vytvoření první buňky s minimálním bakteriálním genomem. Jejich počin si získal celosvětovou pozornost a rozpoutal diskuze.

Venter se už dlouho snaží objevit minimální genom, tedy úplně základní a nezbytnou genetickou výbavu, kterou potřebuje buňka ke svému provozu. Vychází přitom z toho, že taková základní sada genů umožní vývoj umělých buněk na zakázku. Venter doufá, že by s minimálním genomem mohl vyrábět bakterie pro aplikace v medicíně, energetice nebo například v potravinářském průmyslu. Zároveň se s kolegy snaží v celé šíři pochopit, jak vlastně fungují živé buňky, aby pak své znalosti mohli využít při konstrukci zbrusu nových buněk.

Bioinženýři po celém světě jejich výzkum chválí a považují ho za významný milník ve výzkumu bakteriální buňky. Ihned se ale vyrojily pochybnosti o tom, co vlastně Venterovy buňky JCVI-syn3.0 znamenají a jak jejich výzkum interpretovat. Například George Hurch z medicíny Harvardu nepopírá, že jde o významný úspěch, zároveň ale tvrdí, že až samotný trh ukáže, nakolik jsou podobné buňky vlastně přínosné.

Genom buňky JCVI-syn3.0 obsahuje celkem 531 560 párů bází a tvoří ho 473 genů. Je výsledkem několikaletého úsilí. V rámci projektu Minimal Genome Project nejprve v roce 2010 ve Venterově institutu navrhli na počítači a pak kompletně syntetizovali upravenou verzi genomu bakterie Mycoplasma mycoides, zhruba o velikosti 1 milionu párů bází a s 901 geny. Pak tento genom opsaný od původního vzoru pod názvem JCVI-syn1.0 vložili do vykuchaných buněk velice blízce příbuzných bakterií Mycoplasma capricolum. Tímto způsobem vznikly životaschopné buňky, které se dovedly dělit.

Buňka JCVI-syn3.0 vznikla tak, že Venter a spol. vzali genom JCVI-syn1.0 a zjednodušili ho na 531 560 párů bází. Jde tedy o úspornou a poněkud pozměněnou verzi původního genomu Mycoplasma mycoides. V řadě komentářů se lze dočíst, že genom JCVI-syn3.0 představuje rekordně krátký genom samostatného organizmu. Potíž je ovšem v tom, že jde o mykoplazmata. A to jsou hodně zvláštní bakterie.

Jsou velice drobné, typicky o velikosti pár set nanometrů. Nemají buněčnou stěnu a obvykle žijí jako paraziti, se specializovaným životním stylem. Například zmíněná Mycoplasma mycoides je vlastně původce plicní infekce skotu. Podle toho, co o nich víme, nejde o žádné primitivní nebo původně jednoduché buňky. Jsou to naopak evolučně velmi mladé životní formy, které nedávno vznikly z mnohem složitějších a větších bakterií.

Je tudíž na pováženou, zda vůbec lze mykoplazmata považovat za buňky schopné samostatné existence. Jejich genom je tak malý právě proto, že si živiny, ochranu i další věci snadno obstarají od svých hostitelů. O jejich povaze svědčí i fakt, že Venterův tým musí své buňky JCVI-syn3.0 pěstovat ve speciálním živném médiu pro mykoplazmata, které je velice bohaté na živiny a obsahuje rovněž antibiotika, likvidující životaschopnější konkurenci mykoplazmat. Kdyby se buňky JCVI-syn3.0 najednou ocitly mimo laboratoř, nejspíš by nepřežily ani chvíli. Nakolik jsou pak ale takto vytvořené buňky prakticky použitelné pro syntetickou biologii? V konstrukci umělých buněk jsme podle všeho teprve na úplném začátku.

Na druhou stranu, Venterův výzkum přinesl řadu zajímavých věcí. Vědce překvapilo, že u 31 procent genů JCVI-syn3.0 vlastně vůbec neznáme jejich biologickou funkci. Zdá se, že nám ještě schází minimálně třetina vědomostí o životně důležitých mechanismech v bakteriální buňce. Je sice zvláštní, že dotyčné geny tak dlouho unikaly naší pozornosti, ale biologie už je taková. Teď určitě vypukne zajímavá honička za odhalením funkce těchto genů a brzy bychom mohli vědět víc. Venterův institut se už do toho nejspíš pustil. Podle bioinženýra Alistaira Elficka z Edinburgské univerzity je to nanejvýš vzrušující. Jako bychom odhalovali tajemství buněčné temné hmoty.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Použitá literatura:

(orig).

Science online 25. 3. 2016.

(doplň.)

New Scientist 24. 3. 2016, Wikipedia (Mycoplasma mycoides).

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.