Delende spudcellen (afb: Kate Adamala)

Onderzoeksters rond Katarzyna (Kate) Adamala van de universiteit vam Minnesota hebben synthetische cellen gemaakt die een complete celcyclus zouden uitvoeren met genoomreplicatie, groei, het opnemen van voedingsstoffen en (genetisch geprogrammeerde) celdeling en al. De resulterende kunstmatige cel zou kunnen dienen om celprocessen te kunnen ontwikkelen en mogelijk het uitgangspunt kunnen zijn voor verschillende toepassingen in de biotechnologie, schrijven de onderzoeksters.
Het bouwen van synthetische cellen is al een ‘oude’ droom van synthetisch biologen. Dat kun je doen door levende cellen als voorbeeld te nemen, maar ook door van de andere kant te beginnen met een leeg vetbolletje (deftig liposoom), waar je dan allerlei celfuncties in installeert.
Een van de meest ambitieuze doelen  is het bouwen van een biochemisch systeem dat
de drempel van chemie naar leven kan overschrijden, schrijven de onderzoeksters. Op dat terrein zou al aardig wat vooruitgang zijn geboekt.
Dat gebeurt aan de ene kant door het ‘uitkleden’ van levende cellen tot je een cel overhoudt dat genoeg functies overhoudt om in leven te blijven en zich te delen. Toch is er nog geen synthetische cel, gemaakt van chemisch gedefinieerde niet-levende componenten, waarvan is aangetoond dat deze de meeste essentiële levensfuncties uitvoert, volledig controleerbaar is en volledig operationeel is beschreven, stellen de onderzoekster.

Adamala en de haren presenteren nu een synthetische minimale cel met een volledig gedefinieerd genoom van 90 000 baseparen (een korte dubbele DNA-sequenties in de vorm van plasmides) die coderen voor 36 eiwitten, die verschillende generaties celcyclus, selectie en reproductie ondergaat.
Het resultaat geeft inzicht in de minimale componenten die nodig zijn voor leven, stellen de onderzoeksters. Een dergelijke cel kan uiteindelijk ook de basis vormen die kan worden aangepast voor diverse doeleinden en zo een fundament leggen voor volledig kunstmatige organismen. De onderzoeksters hebben hun kunstcellen Spudcellen genoemd.

De minimale cellen zouden ‘levensachtige’ eigenschappen hebben: de koppeling van groei en deling aan genexpressie. De cellen bevatten een chemisch gedefinieerd celvrij translatiesysteem, ingekapseld in liposomen. Vervolgens zijn verschillende eerder aangetoonde technologieën gecombineerd, waaronder genoomreplicatie, met nieuwe demonstraties van genetisch gecodeerde groei en deling, selectie en concurrentie om hulpbronnen.

Eiwitaanmaak

Hoe de cellen de eiwitten produceren is mij(=as) niet geheel duidelijk. De onderzoeksters hebben het over een in-vitro-eiwitexpressiesysteem (wat er op zou duiden dat die in een reageerbuis worden gesynthetiseerd en aan de cellen worden toegevoegd (??)). Er pal achter staat in het (niet beoordeelde) biorxiv-artikel, dat “tenzij anders vermeld, alle eiwitten in de synthetische cel tot expressie worden gebracht”.
Volgens biotic.org gebruiken de onderzoeksters voor de eiwitaanmaak het PURE-systeem (Protein Synthesis Using Recombinant Elements: eiwitaanmaak met recombinbantelementen). PURE is een mengsel van 36 gezuiverde enzymen van E. coli-bacteriën, waaronder ribosomen (toch niet helemaal ‘kunstmatig; as) , die DNA aflezen (transcriptie???; as) en eiwitten aanmaken. In tegenstelling tot eerdere benaderingen waarbij ruwe bacteriële celextracten werden gebruikt, is elk bestanddeel in PURE en de concentratie ervan bekend. Dit betekent dat de onderzoeksters kunnen volgen wat er in de cel gebeurt.
De kunstcellen delen zonder celskelet. De SpudCel, dat woord komt overigens niet in het biorxiv-artikel voor, zou dat gemis oplossen doordat eiwitten zich ophopen op het membraanoppervlak totdat de mechanische spanning het membraan doet splijten. Cellen die meer van dit oppervlakte-eiwit aanmaken, delen efficiënter, waardoor het genoom direct gekoppeld wordt aan reproductief succes. Selectie is dus ook een onderdeel van dit celsysteem.

Bronnen: the Guardian, biotic.org