Biologët nga Universiteti i Minesotës kanë krijuar një qelizë artificiale nga përbërës kimikisht të pastër që është e aftë të ushqehet vetë, të rritet dhe madje (për një farë kohe) të ndahet. Përshkrimi i zbulimit të tyre ende nuk është rishikuar nga shkencëtarë të tjerë dhe për këtë arsye nuk është botuar zyrtarisht në një revistë shkencore, por është thjesht i disponueshëm si një paraprint . Megjithatë, mediat globale të shkencës popullore e kanë vënë re tashmë punën – në fund të fundit, nëse ata kanë arritur të krijojnë një organizëm të gjallë nga përbërës jo të gjallë, kjo pothuajse me siguri do të thotë një Çmim Nobel për autorët. Por sa “e gjallë” është qeliza që rezulton? Çfarë mund të bëjë ajo? Dhe a mund të quhet vërtet qeliza që rezulton një qelizë? Meduza përpiqet t’u përgjigjet këtyre pyetjeve në këtë artikull të shkurtër.
Në vitin 2002, shkencëtari amerikan i lindur në Bashkimin Sovjetik, Yuri Lazebnik, botoi një artikull në revistën Cancer Cell me titullin e pazakontë “A mund ta rregullojë një biolog një radio?”. Artikulli iu kushtua kërkimit të tij në atë kohë mbi kancerin dhe vdekjen e programuar të qelizave (apoptozën). Por pika e tij kryesore ishte ndryshimi midis qasjeve inxhinierike dhe biologjike ndaj studimit të sistemeve komplekse.
Për të përshkruar këtë ndryshim dhe për të kuptuar se çfarë nuk shkon me qasjen biologjike, Lazebnik propozoi eksperimentin e mëposhtëm mendor. Ai imagjinoi një grup biologësh, të paditur nga fizika dhe elektronika, të cilëve u paraqitej një radio e prishur dhe u kërkohej ta rregullonin. Pastaj ai vazhdoi të përshkruante, në një mënyrë shumë bindëse dhe vetë-përçmuese (në fund të fundit, artikulli ishte shkruar nga një biolog), se si biologët do të përpiqeshin të zgjidhnin problemin inxhinierik. Së pari, ata do të përpiqeshin të organizonin një furnizim të vazhdueshëm me radio identike funksionale, pastaj do t’i çmontonin ato në përbërësit e tyre dhe do t’i klasifikonin ato sipas ngjyrës dhe madhësisë. Së fundmi, ata do të fillonin të përcaktonin se cili përbërës i radios duhet të ishte “më i rëndësishmi” – duke qëlluar pajisjen me një armë, duke vëzhguar se cilat pjesë, nëse humbisnin, do të shkaktonin mosfunksionim të saj (një metaforë për metodën klasike të gjenetikës së mutagjenezës artificiale).
Në fund të fundit, përfundon Lazebnik, nëse biologët janë vërtet në gjendje të riparojnë një radio të prishur, kjo do të ndodhë vetëm rastësisht – nëse, rastësisht, defekti është vërtet i fshehur në një komponent të vetëm “të djegur” që mund të dallohet nga karakteristikat e tij të jashtme.
Mesazhi kryesor i artikullit është se studimi i çdo sistemi mjaftueshëm kompleks – qoftë i krijuar nga njeriu apo evolucionar – kërkon një gjuhë dhe qasje krejtësisht të ndryshme nga ato të zhvilluara në biologji gjatë historisë së saj si një shkencë rigoroze. Kjo gjuhë dhe qasje e re, argumenton Lazebnik, duhet të jetë e ngjashme me inxhinierinë, e cila vepron me komponentë të standardizuar, të përcaktuar qartë që bashkëveprojnë me njëri-tjetrin sipas ligjeve të qarta.
Krijimi i komponentëve të tillë dhe një gjuhe të tillë është detyra e një fushe të veçantë të shkencës, e cila filloi të zhvillohej në mënyrë aktive vetëm në fillim të viteve 2000 dhe që quhet biologji sintetike.
Në një kuptim të gjerë, biologjia sintetike mund të përfshijë një gamë të gjerë kërkimesh, duke filluar nga origami i ADN-së , ku acidi nukleik përdoret si një element ndërtues për prodhimin e nanostrukturave, deri te krijimi i organoideve artificiale — inde të printuara në 3D të mbledhura nga qeliza të rregullta ose të modifikuara gjenetikisht. Këto mund të përdoren, për shembull, për të testuar ilaçet, për të studiuar komunikimin qelizor ose thjesht për të demonstruar aftësitë e teknologjive moderne.
Megjithatë, në formën e saj më qendrore dhe ambicioze, biologjia sintetike është pikërisht një përpjekje për të mbledhur një sistem të gjallë nga përbërës jo të gjallë. Idealisht, për të ndërtuar një qelizë plotësisht funksionale të aftë për t’u ushqyer, për t’u rritur dhe për t’u riprodhuar. Thënë thjesht, për të jetuar.
Le të jemi të qartë: askush nuk e ka arritur ndonjëherë këtë. Edhe pse ka pasur shumë pretendime ambicioze mbi këtë temë që të paktën nga viti 2010, një grup i udhëhequr nga biologu i njohur Craig Venter (i njohur, ndër të tjera, si njeriu me sekuencën e parë të gjenomit të thyer) raportoi “krijimin e një qelize me një gjenom artificial”. Dikush mund të mendojë se qeliza e parë artificiale ishte krijuar tashmë – por në realitet, projekti përfshinte zëvendësimin e gjenomit normal të bakterit Mycoplasma mycoides me një version sintetik, të prodhuar duke përdorur sintetizues të acidit nukleik dhe të injektuar në qelizë.
Bakteret i ruajtën të gjithë përbërësit e tjerë të paprekur dhe metabolizmi i qelizës vazhdoi i pandërprerë gjatë kalimit në firmware-in e ri. Në thelb, vetëm burimi i ADN-së ndryshoi – gjë që, në përgjithësi, nuk është risia më e madhe, duke pasur parasysh se roli trashëgues i ADN-së në qeliza u zbulua nga mikrobiologu britanik Frederick Griffith në një mënyrë shumë të ngjashme në vitin 1928 (në atë kohë, ADN-ja e pastruar u jepte virulencë streptokokëve).
Në përgjithësi, detyra e sintetizimit të një gjenomi të tërë ishte një arritje teknike mbresëlënëse për ekipin e Venterit (ata duhej të sintetizonin dhe të mblidhnin mbi një milion “shkronja” të ADN-së në një molekulë të vetme), por konceptualisht kjo i shtoi pak kuptimit tonë se si funksionojnë sistemet e gjalla. Megjithatë, pasuan një sërë studimesh, i fundit prej të cilave nxiti këtë diskutim.
Të gjitha këto vepra, si dhe të gjitha përpjekjet për të krijuar “jetë artificiale” në përgjithësi, mund të ndahen në dy linja: nga lart poshtë dhe nga poshtë lart.
Në rastin e parë, një qelizë e gjallë ekzistuese merret si pikënisje dhe më pas thjeshtohet në një gjendje që është të paktën e aftë të mbështesë jetën. Për shembull, në vitin 2016, grupi i Venterit ishte pionier në këtë qasje dhe paraqiti një bakter me një gjenom minimal – të gjithë përbërësit e panevojshëm të Mycoplasma mycoides u hoqën nga gjenomi për të marrë minimumin e ADN-së të aftë për të mbështetur jetën. Kjo lejoi që gjenomi i Mycoplasma mycoides të reduktohej me pothuajse gjysmën. Edhe para këtij “optimizimi të detyruar”, gjenomi bakterial ishte më i vogli nga të gjitha qelizat – në fund të fundit, shumica e funksioneve jetësore të këtij paraziti intraqelizor sigurohen nga qeliza pritëse brenda së cilës jeton mikoplazma.
Qasja nga poshtë lart, përkundrazi, përfshin përdorimin e komponentëve kimikisht të pastër si pikënisje, të cilët duhet të mblidhen në një sistem të aftë për të riprodhuar të gjitha proceset e nevojshme për jetën: metabolizmin, ushqyerjen, rritjen dhe riprodhimin.
Në një nivel bazë, krijimi i diçkaje (nga jashtë) që i ngjan një qelize të gjallë është relativisht i thjeshtë: për shembull, duke trajtuar një përzierje uji dhe lipidesh me ultratinguj, lipidet mund të detyrohen të mpiksen në flluska, duke bllokuar substancat e tretura brenda. Nëse acidet nukleike – ADN ose ARN – shtohen paraprakisht në ujë, ato do të bllokohen brenda këtyre flluskave, duke i izoluar ato kështu nga mjedisi i jashtëm.
Rastësisht, vaksinat me ARN, përfshirë ato të prodhuara nga Moderna dhe Pfizer/BioNTech kundër koronavirusit, janë projektuar pikërisht në këtë mënyrë: ato janë lipozome me ARN të fshehur brenda. Këto përgatitje lipozomesh, sigurisht, nuk mund të konsiderohen të gjalla – ato janë thjesht struktura pasive që, megjithëse të përbëra nga përbërës natyrorë, janë të paafta për ndonjë veprim.
Një qasje më komplekse, kur shkencëtarët përpiqen të mbledhin elementët e jetës nga përbërës të thjeshtë, është, për shembull, krijimi i një imazhi pasqyrë të ADN-polimerazës, enzimës që sintetizon ADN-në.
Pa hyrë në detaje, ia vlen të kujtojmë se shumë molekula organike (në veçanti, sheqernat dhe aminoacidet) mund të ekzistojnë si dy kopje, aq të ngjashme sa një dorë e majtë dhe një e djathtë. Megjithatë, në qelizat e gjalla reale, vetëm një nga këto versione është e pranishme (për shembull, sheqernat natyralë janë gjithmonë djathtas, ndërsa aminoacidet janë gjithmonë majtas).
Në vitin 2016, një grup biologësh nga Universiteti Tsinghua, duke përdorur një sintezë kimike komplekse dhe që kërkonte shumë kohë të një polimeraze nga aminoacidet “me imazh pasqyre”, arritën të pasqyronin në mënyrë efektive përbërësit e gjallë. Ata morën një version “me imazh pasqyre” të enzimës që replikonte ADN-në “me imazh pasqyre”. Sigurisht, ky eksperiment në vetvete nuk çoi në krijimin e një qelize artificiale me imazh pasqyre plotësisht funksionale, por demonstroi se si të prodhoheshin përbërësit e saj.
Në fakt, shkencëtarët kanë qenë në gjendje të riprodhojnë disa funksione individuale të qelizave të gjalla “in vitro” për një kohë shumë të gjatë. Për shembull, për të prodhuar proteina që nuk mund të sintetizohen në bakteret e gjalla, sistemet e sintezës pa qeliza (këto janë tretësira të ribozomeve, aminoacideve dhe një sërë faktorësh të tjerë të nevojshëm për sintezën) kanë qenë në dispozicion që nga vitet 1970. Ose, për shembull, metoda e njohur gjerësisht e testimit të infeksionit, reaksioni zinxhir i polimerazës (PCR), është në thelb një proces i riprodhimit qelizor i reduktuar në përbërësit e tij më themelorë. Pavarësisht rëndësisë së tyre praktike, këto shembuj janë shumë larg qëllimit të krijimit të jetës artificiale nga përbërësit kimikë.
Pra, çfarë kanë arritur autorët e studimit të ri nga Universiteti i Minesotës që u lejon atyre të pretendojnë se kanë krijuar një qelizë artificiale? Çfarë njohurish të reja i kanë shtuar ata metodës së njohur të prodhimit të lipozomeve që përmbajnë ARN, të cilat sipërfaqësisht i ngjajnë qelizave primitive?
Shkurt, arritja kryesore e autorëve është më shumë konceptuale sesa praktike. Ajo konsiston në faktin se për herë të parë, shkencëtarët kanë arritur të demonstrojnë të gjitha funksionet themelore të një qelize të gjallë, megjithëse në formën e tyre më primitive: ushqyerjen, rritjen dhe riprodhimin. Lipozomet nuk janë të afta për diçka të ngjashme. Për më tepër, për të krijuar qelizat artificiale u përdorën vetëm kimikate jashtëzakonisht të pastra.
Sigurisht, siç mund ta merrni me mend, të gjitha fjalët e përdorura këtu – riprodhim, ushqyerje, rritje – idealisht duhet të vendosen në thonjëza.
Për shembull, rritja e qelizave artificiale u arrit si më poshtë: lipozomet që mbanin peptide të veçanta në sipërfaqen e tyre u shtuan në tretësirën që përmbante “jetën sintetike”. Këto peptide u lidhën me proteinat në sipërfaqen e qelizave artificiale, duke bërë që ato të bashkoheshin me njëra-tjetrën. Si rezultat, madhësia e qelizës artificiale u rrit fizikisht. Ky proces ngjan më shumë me depërtimin e disa viruseve në qeliza; do të ishte e tepërt ta quanim rritje të plotë. Ndryshe nga qelizat artificiale, qelizat e vërteta (madje edhe ato më primitive) sintetizojnë lipidet e tyre, të cilat përdoren për të ndërtuar membranën e tyre në rritje.
Natyra artificiale e këtyre qelizave artificiale ilustrohet më tej nga mënyra se si ato “riprodhohen”. Ky proces krahasohet me atë që ndodh në natyrë. Autorët simuluan riprodhimin si më poshtë: brenda qelizës artificiale, ekziston ARN që kodon një proteinë të membranës. Kjo proteinë, kur futet në membranën e qelizës artificiale, ndryshon lakimin dhe tensionin sipërfaqësor të saj, duke rezultuar në një ngushtim në membranën lipidike që në fund e ndan qelizën artificiale në dy pjesë.
Nga jashtë, procesi i ngjan riprodhimit – përveç se nuk është riprodhim qelizor, por formimi i fshikëzave lipide si endosomet dhe lizosomet. Këto janë organele që qeliza i përdor për të tretur ushqimin dhe për të kryer detyra të tjera që kërkojnë një mjedis kimik të izoluar.
Në riprodhimin e vërtetë, qëllimi kryesor është të dyfishohet materiali gjenetik dhe të sigurohet që numri i kërkuar i kopjeve të këtij materiali të arrijë te qelizat bija. Vetëm atëherë qelizat bija mund të mbijetojnë dhe të bëhen organizma të pavarur. Përdoret një sistem kompleks kontrolli i sintezës së ADN-së, duke sinkronizuar rritjen fizike të qelizës dhe procesin e dyfishimit të materialit të saj gjenetik. Njëkohësisht, proteinat citoskeletore ankorojnë dhe ndajnë në dysh grupe kromozomesh (ose ekuivalentët e tyre bakterialë, kromatidet). Shkurt, edhe në rastin më të thjeshtë, thelbi i riprodhimit të vërtetë qëndron në kontrollin e materialit gjenetik, diçka që qelizat artificiale – të paktën ato të përshkruara në artikullin e ri – nuk e bëjnë fare. Ato fizikisht “riprodhohen” – domethënë, rriten në numër – por nuk ka kontroll mbi rrjedhën e informacionit gjenetik.
Nuk është për t’u habitur që, duke simuluar riprodhimin në një mënyrë kaq primitive, autorët arritën të arrinin vetëm pesë breza pasardhësish nga qelizat artificiale. Pa të gjithë komponentët që e bëjnë riprodhimin e qelizave kaq kompleks dhe konfuz, shkencëtarët prapëseprapë nuk arritën të arrinin riprodhim të vazhdueshëm të qelizave të tyre artificiale.
Megjithatë, e gjithë kjo, sigurisht, nuk e zvogëlon në asnjë mënyrë rëndësinë e zbulimit të ri. Pavarësisht se sa primitive janë proceset që imitojnë qelizat artificiale, primitiviteti i tyre nuk është një disavantazh, por një avantazh. Pse është e dobishme të mendosh për këtë në këtë mënyrë, u shpjegua nga Yuri Lazebnik në metaforën e tij ironike të radios: për të kuptuar vërtet strukturën e një sistemi, duhet ta distilojmë atë deri në përbërësit e tij më themelorë, të cilët mund të përshkruhen në mënyrë sasiore. Vetëm atëherë detyra e të kuptuarit dhe modelimit bëhet realiste. Kompleksiteti i sistemeve me të cilat merren nuk i frikëson inxhinierët. As biologët nuk duhet t’i frikësojë – nëse ata zbresin në një nivel që lejon standardizimin dhe përshkrimin sasior. Qelizat artificiale janë një hap i rëndësishëm në këtë drejtim – edhe nëse, në rastin e tyre, “rritja” dhe “riprodhimi” shpesh konsiderohen të paqarta.
