Để bổ sung cho công việc của chúng tôi về nguồn gốc của sự sống, chúng tôi đã khởi động một dự án nghiên cứu mới, tất nhiên, có mục tiêu lâu dài của riêng nó: tạo ra một “tế bào thụ cảm phổ quát”. Tế bào thụ cảm này có khả năng chấp nhận bất kỳ phần mềm DNA tổng hợp nào tạo ra sự sống và tạo ra các loài như chúng ta muốn. Bạn đã bao giờ nghĩ về điều gì tạo nên protein trong acell? Hiện tại, trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi có rất ít loại tế bào thụ cảm có thể được sử dụng để cấy ghép bộ gen. Để tạo ra một tế bào nhận phổ quát, chúng tôi đang viết lại mã di truyền của tế bào mycoplasma để nó không thể phiên mã và dịch bất kỳ phần mềm DNA nào được cấy ghép. Nghiên cứu này nên tinh chỉnh và mở rộng hiểu biết của chúng tôi về câu hỏi quan trọng này bên dưới.
Các nhà khoa học khám phá điều gì tạo ra protein trong acell. Có một cách tiếp cận triệt để hơn. Chúng tôi đang xem xét những gì chúng tôi có thể làm để tạo ra bộ gen tổng hợp của mình mà không cần một tế bào hiện có làm tế bào nhận của nó. Hy vọng của chúng tôi là có thể tạo ra các tế bào tổng hợp và quá trình tạo ra sẽ bắt đầu với một hệ thống không có tế bào và theo cách thức thêm các thành phần sống cơ bản vào nó, cuối cùng tạo ra tế bào hoàn chỉnh. Mặc dù dự án nghiên cứu này được cho là tiền sử, nghiên cứu liên quan đến nó vẫn đi.
Nó quay trở lại một chặng đường dài. Ngay từ khi bắt đầu cuộc cách mạng DNA vào những năm 1950, một số nhóm nghiên cứu đã chứng minh một cách độc lập rằng tế bào không hoàn toàn cần thiết để thực hiện một số chuyển động cơ bản của sự sống. Họ phát hiện ra rằng ngay cả sau khi màng tế bào bị vỡ, quá trình sản xuất protein vẫn có thể tiến hành.
Cộng đồng khoa học đang nghiên cứu những gì tạo nên protein trong tế bào. Khả năng này đã được tiên phong bởi Paul CharlesZamecnik, một giáo sư y khoa tại Trường Y Harvard và một nhà khoa học cao cấp tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts, nằm gần Đại học Harvard. ông bị ấn tượng bởi “lượng lớn chất béo và lượng protein tương đối ít” trong các mô. Bị thúc đẩy bởi “sự kinh ngạc không thể giải thích” này, ông quyết định cố gắng tìm hiểu cách tạo ra protein, và ông đã dành phần lớn sự nghiệp của mình kể từ đó cho câu hỏi này.
Ngay từ đầu, Chamelec đã nhận ra rằng để hiểu được hoạt động trung gian của quá trình tổng hợp protein, ông cần phát triển một hệ thống không có tế bào. Sau nhiều năm làm việc, và với sự giúp đỡ của đồng nghiệp Nancy Bucher, Chamelec cuối cùng đã đạt được mục tiêu này, mở đường cho nhiều khám phá quan trọng. Trong số nhiều thành tựu trong lĩnh vực này, Chamelec đã tiết lộ nhu cầu tổng hợp ATP forprotein và phát hiện ra rằng ribosome là nơi lắp ráp protein.
Nhiều nhóm nghiên cứu đã làm việc về việc xây dựng các quá trình sinh học từ các thành phần riêng biệt. HeinzFraenkel-Conrat và Robley C. Williams là những người đầu tiên thực hiện các thí nghiệm như vậy, vào năm 1955, trong đó họ sử dụng virus khảm thuốc lá, một loại virus có thể được điều trị trong lớp vỏ protein và ARN tinh khiết để tạo ra một loại virus chức năng. Ngay sau đó, mã di truyền cơ bản được giải mã và nhiều thông điệp từ phần mềm DNA sang protein đã được dịch, phần lớn là kết quả của các thí nghiệm nghiên cứu tiên phong được thực hiện bởi Marshall Nirenberg và nhà nghiên cứu tiến sĩ J. Heinrich Matthaei vào năm 1961. Trong các thí nghiệm của mình, họ đã chuẩn bị một tế bào chiết xuất tạo ra protein ngay cả trong trường hợp không có tế bào nguyên vẹn. Bằng cách sử dụng RNA tổng hợp và các aminoacid được đánh dấu phóng xạ, họ nhận thấy rằng sự kết hợp của ba UUU uracil có thể tạo thành codon cho axit amin phenylalanin.
Kể từ đó, nó đã trở thành một thực tiễn phổ biến để sử dụng DNA hoặc RNA để tạo ra protein trong ống nghiệm. Một hệ quả của việc tổng hợp protein không tế bào này đã trở thành một công cụ quan trọng cho các nhà sinh học phân tử. Mặc dù các phương pháp này theo truyền thống yêu cầu chiết xuất tế bào, với sự ra đời của hệ thống gọi là “tổng hợp protein sử dụng các yếu tố tái tổ hợp” (PURE), chúng tôi đã có thể thực hiện tổng hợp protein trong hệ thống tự do tế bào. Tuy nhiên, với sự ra đời của cái gọi là hệ thống “tổng hợp protein sử dụng các yếu tố tái tổ hợp” (PURE), chúng tôi đã có thể tổng hợp các protein trong hệ thống không có tế bào và với sự ra đời của máy dịch mã có thể tái tạo E. coli bằng cách sử dụng các thành phần “hóa học tinh khiết” “và ribosome, điều này đã thay đổi hoàn toàn.
Vậy điều gì tạo nên protein trong tế bào? Chúng ta đang cố gắng tạo ra một tế bào và dạng sống mới bằng cách sử dụng bộ gen là hỗn hợp của các enzym, ribosome và hóa chất (bao gồm cả lipid) mà không cần tế bào tồn tại. Trong vòng vài năm tới, các khả năng thực tế để tạo ra nhiều loại tế bào trong một hệ thống không có tế bào, hoặc trong một tế bào thụ cảm đa năng, dựa trên phần mềm được máy tính thiết kế cho cuộc sống, sẽ trở nên sâu rộng hơn vô hạn.
Kỳ tích tạo ra một tế bào “từ trong lòng đất” sẽ mở ra vô số khả năng mới phi thường. Công việc này cũng có thể bị ảnh hưởng bởi cách chúng tôi định nghĩa các thuật ngữ như “máy móc” và “sinh vật”. Ngoài ra, khả năng tạo ra sự sống mà không có tế bào tồn tại trước cũng rất phù hợp vì nó giúp chúng ta tự do thiết kế các dạng sống mới. Ngoài ra, nó cũng sẽ giúp chúng ta khám phá các dạng sống cổ đại, vì chúng ta có thể lấy cả bộ gen của các sinh vật đã tuyệt chủng bằng cách lấy chúng từ bộ gen của hậu duệ còn sống của chúng và sử dụng các tế bào tổng hợp để khám phá các đặc tính phần mềm của loài cổ đại này.