Denník N

Pripravili umelú bunku, ktorá sa dokáže deliť

Delenie buniek. FOTO - Biocentrum univerzity v Bazileji
Delenie buniek. FOTO – Biocentrum univerzity v Bazileji

Vedcom sa vôbec po prvýkrát podarilo pripraviť umelé protobunky, predchodcov živých buniek dnešnej doby. Nazývajú sa tiež formou kvázi-života.

Keď príde na rad otázka vzniku života, nezhodnú sa medzi sebou ani samotní vedci. Išlo o sled viacerých náhodných reakcií, o súčasne prebiehajúci chemický proces alebo bol život na planétu dovlečený?

Najprv museli vzniknúť molekuly esenciálne pre život, ako RNA, DNA, aminokyseliny, bielkoviny či cukry. Reakcie, vďaka ktorým vznikli, prebiehali vo vode so zdrojom tepla, napríklad v teplých jazierkach alebo blízko horúcich prameňov na dne oceánov.

Iná teória, volá sa teória prebiotickej polievky, zase pracuje s celým oceánom, ktorý obsahoval molekuly bohaté na uhlík. Z nich mali postupne vznikať stále zložitejšie molekuly. Podľa ďalšej teórie vznikli tieto látky naraz z kyanovodíka.

Tieto látky stále nie sú živé. Molekuly sa museli najprv usporiadať, až časom vytvorili živú bunku, ktorá vedela prispôsobiť sa prostrediu a deliť sa. Vedci stále presne nepoznajú mechanizmy, ktoré sú za touto premenou. Predpokladá sa, že medzi štádiami existencie molekúl potrebných pre život a samotným vznikom živých buniek existovala ešte jedna fáza, takzvanej protobunky.

Kvázi-život protobuniek

Protobunka by mala byť predchodkyňou dnešnej bunky. Ide o štruktúru, ktorá má mnoho charakteristík živých buniek, no nie je považovaná za živú, pretože nemá žiadne organely a nepoznáme ich presný metabolizmus ani možnosti evolúcie. Nazývajú sa tiež formou kvázi-života.

Umelé vytvorenie takéhoto evolučného medzičlánku v laboratóriu by predstavovalo obrovský úspech, pretože by sa mohli začať študovať v nich prebiehajúce biochemické procesy a objasniť ich vznik.

Presne to sa podarilo skupine vedcov z Japonska. Pripravili umelú alternatívu protobunky, ktorá sa dokázala sama deliť. Výsledky publikovali tento týždeň v časopise Nature Communications.

Cesta k umelému životu?

Definíciu života si možno pamätáte ešte zo základnej školy. Predmet považujeme za živý, ak spĺňa základné charakteristiky života, ako je homeostáza (regulácia vnútorného prostredia), organizácia, metabolizmus, rast, adaptácia a odpoveď na vonkajšie prostredie a reprodukcia.

Umelé protobunky vytvorené v laboratóriách univerzity v Tokiu splnili iba niektoré z týchto podmienok. Boli oddelené od vonkajšieho prostredia, boli organizované a dokázali sa trikrát rozdeliť. Nešlo teda o prejav života.

Umelú protobunku vytvorili z DNA a bielkovín zabalených vo vrstve lipidov, ktoré imitovali bunkovú membránu.

„Zistili sme, že počas vývoja protobunky existujú celkom štyri fázy jej životného cyklu: prijímanie materiálu, replikácia DNA, dospievanie a delenie protobunky. Naša protobunka splnila všetky fázy tohto primitívneho bunkového cyklu. Procesy každej fázy prebiehali pomocou reagovania na vonkajšie podnety,“ vysvetľuje Kensuke Kurihara, hlavný autor článku.

Výskumníci dokázali spustiť delenie týchto protobuniek zmenou pH prostredia (neutrálne prostredie zmenili na kyslé pridaním kyseliny). Problémom bolo donútiť ich, aby sa rozdelili – bunky by samy osebe nemali dostatok materiálu. Vyriešili to tým, že ich spojili s menšími lipidovými sférami, ktoré obsahovali potrebný materiál. Túto fázu v rámci životného cyklu protobuniek nazvali ako „prijímanie materiálu“.

Postup im vyšiel až trikrát, protobunky sa im rozdelili a vytvorili tri po sebe idúce generácie. Znamená to, že sa im podarilo vytvoriť model, na ktorom sa bude dať študovať evolúcia protobuniek aj na reálnych živých bunkách.

Model bude slúžiť na štúdium protobuniek, ale aj ich postupného vývoja na vyššie štádiá, možno až na reálne živé bunky, keďže protobunky vlastne živé nie sú.

Vedci dokonca veria, že zmena pH mohla spustiť replikáciu DNA aj v reálnych protobunkách pred miliardami rokov. Myslia si, že teplo mohli dodať horúce pramene na dne oceánov. Prudké zmeny pH by tiež neboli problém, hydrotermálne prieduchy majú okolo seba pH gradient (ph sa mení so vzdialenosťou od prieduchu).

Model samozrejme nie je dokonalý. Vedci ešte nevedia, ako by tieto protobunky mohli meniť svoje fyzické charakteristiky prostredníctvom mutácií, ani ako rýchlo a dlho budú schopné deliť sa. Výskum bude pokračovať, vedci plánujú pripraviť dokonalejšie modely protobuniek.  Už ich terajšie výsledky však predstavujú obrovský pokrok vo svete evolučnej biológie a biochémie. Na druhej strane aj možný budúci etický problém.

Dostupné z doi: doi:10.1038/ncomms9352.

🗳️ Ak chcete podporiť našu prácu pred druhým kolom volieb aj nad rámec predplatného, môžete to urobiť aj darom.🗳️

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na [email protected].

Veda

Teraz najčítanejšie