เซลล์สังเคราะห์ที่ประกอบขึ้นจากศูนย์สามารถเติบโตและแบ่งตัวได้เป็นครั้งแรก
(quantamagazine.org)- งานวิจัยชีววิทยาสังเคราะห์ที่พยายามจำลองต้นกำเนิดของชีวิตในห้องแล็บ ได้ก้าวมาถึงขั้นที่รวม การเติบโต·การจำลอง DNA·การแบ่งตัว ไว้ในระบบเดียว
- เซลล์นี้ยังยากจะนับว่าเป็นเซลล์มีชีวิต และยังต้อง รับไรโบโซมและสารอาหารจากภายนอก รวมถึงยังขาดระบบป้องกันและการจัดการของเสีย
- ทีมวิจัยของ Kate Adamala ผสานระบบจำลอง DNA ชุดเอนไซม์สร้างโปรตีน ลิโปโซมสำหรับป้อนสาร และโปรตีนเยื่อหุ้มที่กระตุ้นการแบ่งตัว จนสร้าง spudcell ขึ้นมาได้ โดยงานวิจัยนี้ยังไม่ผ่านการทบทวนโดยผู้ทรงคุณวุฒิ
- เซลล์ที่มีการดัดแปลงยีนโดยตั้งใจสามารถเติบโตได้ใหญ่ขึ้นหรือสร้างเซลล์ลูกได้มากขึ้น แต่ การคัดเลือกโดยธรรมชาติจากการกลายพันธุ์แบบสุ่ม ยังไม่สามารถทำได้
- ทีมวิจัยตั้งใจเปิดเผยข้อมูลและวิธีการ พร้อมเผยแพร่เครื่องมือผ่านองค์กรไม่แสวงกำไร Biotic และในระยะยาวอาจนำไปใช้กับวัสดุใหม่ ยา และการวิจัยต้นกำเนิดชีวิต
วงจรเซลล์ที่เกิดจากวัสดุไม่มีชีวิต
- นักชีววิทยานำองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิตใส่เข้าไปทีละอย่างใน เยื่อหุ้มคล้ายเซลล์ เพื่อดูว่าถุงโมเลกุลจะแสดงพฤติกรรมคล้ายสิ่งมีชีวิตหรือไม่
- เซลล์สังเคราะห์ที่สร้างในห้องแล็บสามารถทำขั้นตอนหลักของวงจรเซลล์พื้นฐานร่วมกันได้
- การเติบโต
- การจำลอง DNA
- การแบ่งตัว
- Jack Szostak มองว่ายังไม่เคยเห็นความคืบหน้าในการประกอบเซลล์เทียมจากองค์ประกอบทางชีวภาพที่ไปได้ไกลเท่านี้มาก่อน
- อย่างไรก็ตาม เซลล์นี้ก็ยังไม่ใช่เซลล์มีชีวิตไม่ว่าจะนิยามแบบใดก็ตาม
- ต้องการ การป้อนอาหาร อย่างต่อเนื่อง
- ต้องรับ ไรโบโซม ซึ่งเป็นเครื่องจักรสร้างโปรตีนจากภายนอก
- ไม่มีระบบป้องกันและระบบกำจัดของเสียที่ดี
- Sijbren Otto เห็นว่านี่เข้าใกล้เป้าหมายของการสร้างสิ่งมีชีวิตจากองค์ประกอบที่ตายแล้วมาก แต่ยังไปไม่ถึงอย่างสมบูรณ์
การออกแบบและวิธีประกอบ spudcell
- ทีมวิจัยจาก University of Minnesota ที่นำโดย Kate Adamala สร้างเซลล์สังเคราะห์จากระบบที่ทำขึ้นในห้องแล็บทั้งหมดในงานวิจัยใหม่
- งานวิจัยนี้ยัง ไม่ผ่านการทบทวนโดยผู้ทรงคุณวุฒิ
- Adamala กล่าวว่าเมื่อตั้งแล็บในปี 2016 เธอวางภาพเซลล์สังเคราะห์ที่ใช้จีโนมของตัวเองและผ่านวงจรการแบ่งเซลล์ได้ครบถ้วน
- เกณฑ์การออกแบบคือหน้าที่พื้นฐานที่เซลล์ที่รู้จักทั้งหมดมีร่วมกัน
- เติบโต
- จำลอง DNA
- แบ่งตัว
- วิวัฒน์ได้
- ถอดรหัส DNA เป็น RNA และสร้างโปรตีนเพื่อทำงานที่จำเป็นต่อการทำงานของเซลล์
- รวบรวมวัสดุที่จำเป็นไว้ในเยื่อหุ้มลิพิด
- ทีมวิจัยต้องสร้าง จีโนม ให้เซลล์สังเคราะห์ และต้องป้อนวัสดุที่ใช้ทำหน้าที่เหล่านั้นร่วมกัน
การจำลอง DNA และลิโปโซมสำหรับป้อนสาร
- ส่วนที่ทำหน้าที่เป็นตัวเซลล์คือ ลิโปโซม ซึ่งเป็นถุงว่างล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มลิพิดอย่างง่าย
- ทีมวิจัยเริ่มจากสร้างระบบพื้นฐานที่สุดสำหรับการจำลอง DNA และส่งต่อไปยังเซลล์ลูก
- นำระบบจำลอง DNA ที่ Hannes Mutschler และ Christophe Danelon บุกเบิกมาใช้
- ปรับให้ทำงานร่วมกับชุด เอนไซม์ 36 ชนิด เชิงพาณิชย์ที่ช่วยให้อ่าน DNA และสร้างโปรตีนได้
- พวกเขาปรับแต่งซ้ำไปมาด้วยการเปลี่ยนยีนและปรับความเข้มข้นของโมเลกุล เพื่อให้ระบบส่งผ่านข้อมูลและระบบสร้างโปรตีนทำงานร่วมกันได้อย่างเหมาะสม
- จีโนมสังเคราะห์มีขนาดเล็กมาก จึงแทบไม่มี ยีนเมแทบอลิซึม สำหรับจัดการอาหารและพลังงาน หรือโมเลกุลซับซ้อนอีกมากที่เซลล์ต้องใช้
- วัสดุที่ขาดถูกบรรจุไว้ในลิโปโซมสำหรับป้อนสารแยกต่างหาก
- น้ำตาล
- ลิพิด
- เอนไซม์
- tRNA
- ไรโบโซม
- เพื่อให้ลิโปโซมสำหรับป้อนสารหลอมรวมกับเซลล์สังเคราะห์และปล่อยสารภายใน ทีมวิจัยดัดแปลงโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ให้ดึงดูดฟองลิพิดเข้ามา
- หลังการปรับแต่งหลายรอบ เซลล์ก็เริ่ม เติบโต และเริ่มจำลอง DNA
ทางลัดสู่การแบ่งตัวแทนการใช้โครงร่างเซลล์
- งานก่อนหน้านี้ทำได้บางส่วนแล้วในการป้อนสารให้เซลล์สังเคราะห์ เติบโต และจำลอง DNA แต่ การแบ่งเซลล์ ยังเป็นปัญหาที่ยากกว่า
- โดยทั่วไปเซลล์จะจัดระเบียบโครงร่างเซลล์ใหม่ ซึ่งเป็นเครือข่ายเส้นใยโปรตีนที่ให้แรงค้ำจุนเชิงโครงสร้าง เพื่อแบ่ง DNA ออกเป็นสองส่วนและแยกเซลล์
- Adamala เลือกแนวทางอื่นแทนการใช้โครงร่างเซลล์
- อ้างอิงกลไกจากงานวิจัยของ Reinhard Lipowsky ที่ติดแท็กโปรตีนบนเยื่อหุ้มเพื่อรวบรวมโปรตีนอื่น และทำให้เยื่อหุ้มโค้งงอทางกายภาพจนกระตุ้นการแบ่งเซลล์
- ปรับโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์และทดสอบในโปรโตเซลล์
- หลังลองหลายครั้ง การแบ่งตัวก็ทำงานได้
- Job Boekhoven มองว่านี่เป็นความสำเร็จครั้งใหญ่ที่แสดงกลไกการแบ่งตัวดังกล่าวได้อย่างชัดเจน
- John Glass ประเมินว่าการรวมการจำลอง DNA ลิโปโซมป้อนสาร และโปรตีนกระตุ้นการแบ่งตัวเข้าด้วยกัน พร้อมปรับให้ทั้งหมดทำงานร่วมกันได้ อาจเป็นจุดเปลี่ยนของทั้งวงการเซลล์สังเคราะห์และชีววิทยาโดยรวม
- Michael Lynch มองว่านี่คือผลงานระดับ tour de force ของชีววิทยาสังเคราะห์ แต่ก็เตือนว่าไม่ควรพูดเกินจริง เพราะเซลล์ยัง พึ่งพาตัวเองไม่ได้
การทดลองคัดเลือกของ spudcell และโจทย์วิวัฒนาการที่ยังเหลือ
- ภายในทีมวิจัย เดิมทีเรียกเซลล์สังเคราะห์นี้ว่า Adamala cells แต่ Adamala อยากได้ชื่ออื่น จึงพูดเล่น ๆ ถึงมันฝรั่ง และนักศึกษาก็เริ่มเรียกมันว่า spudcells
- แต่ละเซลล์มีขนาดเล็กมาก และจีโนมก็เล็กกว่าจีโนมแบคทีเรียมาก
- เมื่อดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ มันไม่ได้มีรูปร่างพิเศษอะไร แต่ดูเหมือนก้อนธรรมดา ๆ
- หลังเซลล์เติบโตและแบ่งตัวแล้ว ทีมวิจัยได้ดัดแปลง DNA ของเซลล์สังเคราะห์เพื่อดูว่าจะก้าวไปสู่ขั้นที่ใกล้กับวิวัฒนาการมากขึ้นได้หรือไม่
- สร้างความแปรผันทางพันธุกรรมให้บางเซลล์เติบโตใหญ่ขึ้นหรือแบ่งตัวได้เร็วขึ้น
- เซลล์ที่เติบโตใหญ่ขึ้นสร้างเซลล์ลูกได้มากกว่า และเริ่มเพิ่มจำนวนในประชากร
- จึงเห็นขั้นแรกของการที่ลักษณะดังกล่าวถูกคัดเลือกในประชากร
- แต่สิ่งนี้ยัง ไม่ใช่การแสดงการคัดเลือกโดยธรรมชาติ อย่างชัดเจน
- ความแปรผันทางพันธุกรรมไม่ได้เกิดจากการกลายพันธุ์แบบสุ่มของ DNA แต่เกิดจากการดัดแปลงโดยตั้งใจของทีมวิจัย
- เอนไซม์ที่สร้างสาย DNA มีความแม่นยำเกินไป จึงไม่สร้างการกลายพันธุ์ที่มีความหมายได้มากพอ
- ทีมวิจัยต้องหาเอนไซม์ที่มีข้อผิดพลาดพอเหมาะ โดยไม่ทำลายความสมบูรณ์ของจีโนมหรือการทำงานของเซลล์
- Boekhoven เห็นว่ายังขาดการพิสูจน์กระบวนการวิวัฒนาการที่ชัดเจน และนี่จะเป็นก้าวใหญ่ถัดไป
- ในเซลล์สังเคราะห์ประเภทอื่นเคยเห็นวิวัฒนาการเชิงปรับตัวแล้ว แต่เซลล์เหล่านั้นไม่ได้เริ่มจากศูนย์ หากเป็นแบคทีเรียที่ลดเหลือเพียงยีนขั้นต่ำ
ระยะห่างจากเซลล์มีชีวิตจริง
- เซลล์สังเคราะห์ยังมีข้อจำกัดตรงที่ต้องรับวัตถุดิบจำนวนมากจากภายนอก
- Szostak มองว่าการที่เซลล์ไม่สามารถสร้างไรโบโซมของตัวเองได้เหมือนเซลล์ธรรมชาติ เป็นข้อจำกัดต่อการเติบโตและความสามารถในการสืบพันธุ์ต่อเนื่อง
- หากมันสร้างไรโบโซม โปรตีน และ RNA ของตัวเองได้ ก็จะเข้าใกล้เซลล์สิ่งมีชีวิตอย่างแบคทีเรียที่มีอยู่จริงมากขึ้น
- Adamala เห็นว่าหากจะปรับปรุงระบบจำลอง ก็ต้องหาวิธีเพิ่ม โครงร่างเซลล์ เข้าไปด้วย
- ตอนนี้เซลล์สิ้นเปลืองพลังงานและเวลาไปมากกับการรวบรวมโมเลกุลที่ช่วยให้แบ่งตัว
- เมื่อเทียบกับเซลล์มีชีวิตสมัยใหม่ เซลล์สังเคราะห์ครั้งนี้ยังดั้งเดิมมาก
- Adamala เปรียบเซลล์สมัยใหม่กับ Boeing 787 Dreamliner
- ส่วนเซลล์นี้เปรียบได้กับ Wright flyer ที่บินได้ราว 100 ฟุต
การเปิดเผยผ่าน Biotic และการใช้งานระยะยาว
- Adamala และนักชีววิทยาสังเคราะห์ประกาศก่อตั้งองค์กรไม่แสวงกำไร Biotic พร้อมผลลัพธ์ใหม่ครั้งนี้
- Biotic จะถูกใช้เพื่อมอบเครื่องมือด้านชีววิทยาสังเคราะห์ให้แก่นักวิจัยทั่วโลก
- ทีมวิจัยเปิดเผย ข้อมูลและวิธีการ เพื่อให้นักชีววิทยาสังเคราะห์คนอื่นสามารถสร้างและพัฒนาเซลล์ต่อได้
- ในระยะยาว งานนี้อาจถูกนำไปใช้ในอีกหลายสิบปีข้างหน้ากับการประยุกต์ เช่น
- ผลิตพลาสติกโดยไม่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล
- ผลิตปุ๋ย
- ผลิตยา
- แม้ spudcell จะแตกต่างจากโมเลกุลที่ง่ายกว่ามากซึ่งอาจถูกใช้ในช่วงกำเนิดชีวิตบนโลก แต่การสร้างระบบเซลล์สังเคราะห์จากวัสดุไม่มีชีวิตก็ทำให้เราเข้าใกล้การสำรวจต้นกำเนิดของชีวิตและเงื่อนไขที่ทำให้ชีวิตดำรงอยู่ได้ในห้องแล็บมากขึ้นอีกก้าว
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ฝั่ง Science News ให้ภาพที่ สมดุลกว่า โดยใส่คำอ้างอิงเพิ่มเติมจากนักวิจัยคนอื่น ๆ
มีบางคนบอกว่าพวกเขาไม่พอใจกับวิธีที่ Adamala ใช้ดึงความสนใจให้กับงานวิจัยนี้ด้วย เธอบอกว่าผู้ประเมินคนหนึ่งกล่าวว่า SpudCells ไม่ใช่ชีววิทยาจริง ๆ จึงถูก Cell ปฏิเสธ และก่อนจะนำขึ้น bioRxiv เพื่อให้เพื่อนร่วมวงการอ่านและประเมิน เธอก็ส่งต้นฉบับยาว 190 หน้าให้ผู้สื่อข่าวภายใต้เงื่อนไขห้ามเผยแพร่ก่อนกำหนดแล้ว โดยบอกว่าจะส่งไปยังวารสารฉบับใหม่ในไม่ช้า Kerstin Göpfrich นักชีววิทยาสังเคราะห์จาก Heidelberg University กล่าวว่าเป็น “วิธีที่ค่อนข้างผิดปกติ”
https://www.science.org/content/article/lab-created-spudcell...
https://www.nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudc...
ระหว่างที่การตีพิมพ์ล่าช้าและต้องรออีก 6 เดือนกว่าจะได้รอบประเมินใหม่ ก็มี “เพื่อนร่วมวงการ” จากอีกแล็บหนึ่งทำการทดลองแทบเหมือนกัน ได้ผลดีกว่านิดหน่อย เอาไปลง preprint server แล้วก็ได้ตีพิมพ์ในวารสารระดับท็อปทันที ฝั่งนั้นกลายเป็นผลงานล่าสุด ส่วนคนทำงานต้นฉบับกลับดูเหมือนคนที่มาทำซ้ำงานเดิม สรุปคือ การเมืองทำให้ทุกอย่างพัง
นี่คือจุดที่สาขานี้ติดค้างมานาน ก่อนหน้า Adamala นักวิจัยคนอื่นหาวิธีป้อนสารอาหารให้เซลล์สังเคราะห์และทำให้มันเติบโตได้แล้ว รวมถึงหาวิธีจำลอง DNA ได้ แต่ การแบ่งเซลล์ เป็นอีกเรื่องหนึ่ง
เซลล์ทั่วไปจะแบ่ง DNA ออกเป็นสองส่วนและแยกตัวโดยปรับโครงสร้างของไซโทสเกเลตอน ซึ่งเป็นโครงข่ายเส้นใยโปรตีนที่ให้การค้ำจุนเชิงโครงสร้าง แต่นักชีววิทยาสังเคราะห์ยังหาวิธีทำให้เซลล์ของตัวเองผ่านกระบวนการซับซ้อนนี้ไม่ได้ Adamala จึงตัดสินใจทิ้งไซโทสเกเลตอนไป และระหว่างค้นเอกสารก็พบกลไกที่ Reinhard Lipowsky ค้นพบ ซึ่งใช้การติดป้ายโปรตีนบนเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อดึงโปรตีนอื่น ๆ เข้ามา ทำให้เยื่อหุ้มโค้งงอทางกายภาพและแบ่งเซลล์ได้ Adamala ปรับแต่งโปรตีนเยื่อหุ้มของโปรโตเซลล์ตามแนวทางนี้ และหลังจากลองหลายครั้งก็ทำสำเร็จ นี่คือ ส่วนที่ใหม่
ขออภัยที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ ผมสงสัยว่าเอากรดอะมิโนกับโปรตีนมาจากไหน ผมเข้าใจว่าถ้าเซลล์จะทำงานได้ สิ่งเหล่านี้ต้องมี ไคราลิตีแบบเดียวกัน และผมเข้าใจว่ากรดอะมิโนที่สร้างขึ้นแบบ “ตั้งแต่ต้น” ด้วยวิธีสังเคราะห์จะได้แต่ละไคราลิตีในสัดส่วน 50:50
คำอธิบายแบบย่อของ NYTimes บอกว่ายีนถูก “ยืมมาจากไวรัสและจุลินทรีย์ทั่วไป Escherichia coli” เลยอยากรู้ว่างานนี้เข้าใกล้เป้าหมายคำว่า “ตั้งแต่ต้น” แค่ไหน หรือจริง ๆ แล้วใกล้เคียงกับการประกอบหลายชิ้นส่วนเข้าด้วยกันมากกว่ากัน
ดูเหมือนว่านักวิทยาศาสตร์หรือคนใกล้ชิดจะสร้างวิกิขึ้นมา: https://en.wikipedia.org/wiki/SpudCell
เหมือนไม่เคยเห็นนักวิจัย โปรโมต งานของตัวเองแบบนี้มาก่อน เป็นแนวทางที่น่าสนใจ และก็สงสัยว่าจะกลายเป็นมาตรฐานในอนาคตไหม
องค์กรที่ทำงานวิจัยนี้คือที่นี่: https://biotic.org/
Biotic บอกว่าเป็นสถาบันวิจัยไม่แสวงหากำไรเพื่อประโยชน์สาธารณะ ที่พัฒนาเซลล์สังเคราะห์ซึ่งกำหนดนิยามได้ทั้งทางเคมีและการทำงาน พันธกิจคือทำให้ความก้าวหน้าพื้นฐานด้านเทคโนโลยีชีวภาพเกิดขึ้นและถูกกำกับดูแลอย่างมีความรับผิดชอบ และมีเป้าหมายให้เทคโนโลยีชีวภาพระดับแนวหน้าของโลกสร้างประโยชน์ต่อทุกคนและต่อโลกในช่วงเวลาที่มีความหมาย งานวิจัยชิ้นนี้โดยเฉพาะดูเหมือนจะทำที่ University of Minnesota
Adamala พูดว่า “ชีววิทยาจะทำอะไรได้อีก?” ซึ่งก็ไม่แน่ บางทีเราอาจสร้าง สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ ที่สามารถทำลายสิ่งมีชีวิตทั้งหมดได้อย่างรวดเร็วกว่าก็ได้
ถ้าอยากดูต้นฉบับจริง อยู่ที่นี่: https://www.biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript...
น่าสนใจที่งานนี้นำโดย Dr. Kate Adamala ซึ่งเมื่อไม่กี่ปีก่อนเคยหยุด การทดลองโปรตีนถนัดขวา พอนึกถึงว่าตอนนั้นเข้าใกล้ความสำเร็จแค่ไหน ก็ไม่แปลกใจที่ครั้งนี้เธอทำสำเร็จ
หลายคนอาจไม่รู้ แต่ระบบภูมิคุ้มกันจะตรวจจับเชื้อก่อโรคถนัดซ้ายได้ และอาจตอบสนองรุนแรงกว่าเดิมด้วยซ้ำ กลไกสองอย่างของร่างกายในการสู้การติดเชื้อ คือไข้และการสลายด้วยโอโซน มีลักษณะไม่ขึ้นกับไคราลิตีอย่างชัดเจน จริง ๆ แล้วถ้ามองในเชิงอุตสาหกรรม เราน่าจะผลักดันสิ่งมีชีวิตแบบกระจกให้เร็วขึ้นเสียอีก เพราะควบคุมทางชีวภาพได้ง่ายกว่า และมีโอกาสหลุดจากห้องแล็บน้อยกว่ามากเพราะมันไม่มีอะไรให้กิน
ลองจินตนาการว่าบังเอิญไปเจอบทความข่าวจากปี 2226 เริ่มอ่านเพื่อดูว่าใน การแข่งขัน AI ระหว่าง Google, OpenAI, Anthropic ใครชนะ
แต่กลับได้รู้ว่าเป็น Biotic ตอนนี้มันกลายเป็นอำนาจทางการเมืองที่ทรงพลังที่สุดในระบบสุริยะและบริเวณใกล้เคียง และในปี 2084 มันเข้าซื้อ Alphabet, OpenAI, Anthropic ทั้งหมดภายในวันเดียว มนุษย์ไม่ได้เป็นสิ่งที่ได้รับความนิยมอีกต่อไป และการสืบพันธุ์ถูกจำกัดไว้ที่ค่าต่ำสุดที่เหมาะสมเพื่อรับประกันการคงอยู่ของเผ่าพันธุ์ในเชิงพิพิธภัณฑ์ สำหรับงานการผลิต Biotic ชอบใช้เครื่องจักรชีวภาพ ลองนึกภาพโดรนให้กำเนิดลูกหลานตอนการจราจรหนาแน่น แม้ใช้พลังงานมากกว่าแต่ไม่ต้องมีโรงงานหรือแรงงาน ถ้าปล่อยไว้เฉย ๆ เครื่องจักรจะไม่ผุพังเป็นขยะแบบเมื่อก่อน แต่จะแพร่ขยายอย่างควบคุมไม่ได้
บางส่วนรวมกลุ่มกันสร้างโครงสร้างเคลื่อนที่ขนาดมหึมาซึ่งถูกควบคุมโดยปัญญารวมหมู่ที่ไม่อาจเข้าใจได้ บทความบอกว่าเหตุการณ์นี้จริง ๆ แล้วเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อน และแนะนำให้ปัญญารวมหมู่ในปัจจุบันสมัครสมาชิก