Metabolismus znamená život a život je nemyslitelný bez buňky. Tyhle automatické pravdy začíná výzkum zpochybňovat. Vědci vyvinuli metabolismus, který se sám udržuje, přitom buňku nepotřebuje. Je to zatím jen první krok, spíš nesmělý, ale naděje – i obavy – s ním spojené jsou obrovské..

 

Před několika měsíci vydala Společnost Maxe Plancka zprávu, která by možná zapadla, nebýt v ní slovíčko „poprvé“. Společnost totiž zastřešuje několik desítek ústavů rozmanitého zaměření, a tak vydává řadu zpráv o jejich výzkumech. V té zmíněné šlo o metabolismus.

Tým profesora Tobiase Erba z mikrobiologického ústavu v Marburgu uvedl do chodu systém, který uměle napodoboval metabolismus, samozřejmě v extrémně zjednodušené podobě. Ale co je podstatné, fungoval jim sám o sobě řadu hodin.

Vystačil si také bez buňky, i když to není úplná novinka. I jinde se vědci snažili sestavit umělé metabolické a genetické systémy mimo buňku, jenže je při životě udržují přikrmováním, jinak řečeno, musejí jim průběžně dodávat potřebné složky.

A přesně v tom byl experiment Erbova týmu jiný a nový – zkonstruovali metabolismus, který dokázal „živit“ sám sebe. Právě to je základem života.

Jak to udělali?

Systém tvořily dvě jednotky, genetická a metabolická, takže vycházel z principu, kterým funguje každá buňka. Genetická část představovala sice velmi prostou, přesto funkční biologickou dílnu. Výrobní linkou v ní byly ribozomy stejně jako v buňce.

Produkovaly dva enzymy, kterými genetická část zásobovala metabolickou jednotku, opět minimalistickou. Měla prostý úkol odchytávat pomocí oněch dvou enzymů vzdušný CO2 jako dobře dostupný zdroj uhlíku a použít ho pro syntézu potřebných surovin.

Ty pak měla dodávat zpět genetické dílně, aby mohla vyrábět další enzymy. Zbývalo vymyslet, jak oba nezávislé okruhy přimět spolupracovat.

I na to ale přišli.

Chybějící dílek

Aby se obě jednotky propojily, musely mít zájem na stejném produktu. Z hromádky surovin pro rozběhnutí systému proto vědci záměrně jednu odebrali. Genetická dílna tak stála a nefungovala. Vědci tento dílek celého systému, což byla běžná aminokyselina glycin, hodlali přidat až jako spouštěč, který měl syntézu proteinů rozběhnout.

Aby si ověřili, že jejich nápad funguje, nechali genetickou dílnu pokusně nejdřív vyrobit fluorescenční protein. Jeho přítomnost není třeba ověřovat, když se jeho syntéza podaří, svítící protein se sám přihlásí svou září, což se skutečně stalo.

Pak mohli rozjet program na tvorbu enzymů. Všechno běželo, jak mělo – metabolická jednotka odchytávala CO2 a vyráběla z něj glycin. Ten putoval zpět do genetické dílny, která tak mohla pokračovat ve výrobě enzymů.

Okruhy se propojily. K úspěchu experimentu přispěla sama evoluce, protože genetický stroj, který vyvinula, je malý zázrak. I v maximálně osekané podobě, jakou použili v Marburgu, dokázal fungovat.

Život bez buňky

Marburský výzkum spadá do poměrně nového oboru zvaného syntetická biologie. Její vznik souvisí s rozmachem genetického inženýrství, ale jeho pole působnosti dalece překračuje. Nezůstává jen u manipulací s genetickou informací, ale ovlivňuje i další pochody v buňce.

Ty se ostatně dnešními metodami už dají imitovat a pozorovat i mimo buňku, tedy ve zkumavce nebo umělých buněčných obalech. V marburském výzkumu fungovaly obě varianty. Jejich pokusný bezbuněčný systém, v němž se vzájemně udržovala v chodu genetická a metabolická síť, sice vytvářel jen 2 z více než 50 proteinů, které obsahoval, ale k řízení umělého cyklu to podle vědců stačilo.

„Bez genetické složky a vzájemné zpětné vazby by cyklus trval méně než hodinu. Protože tady dochází k vnitřní regeneraci, trvá minimálně dvanáct hodin, než se systém z různých důvodů zastaví, například proto, že komponenty začnou selhávat nebo se příliš hromadí,“ vysvětlil nanotechnolog z marburského tým Simone Giaveri.

„Stačí to jednou nastartovat s minimálním množstvím glycinu, pak to pokračuje samo.“.

Více se dočtete v čísle 12/2024.

Autorka: Kateřina Pavelcová