Lần đầu tiên một tế bào tổng hợp được lắp ráp từ đầu đã tăng trưởng và phân chia
(quantamagazine.org)- Nghiên cứu sinh học tổng hợp nhằm tái hiện nguồn gốc sự sống trong phòng thí nghiệm đã tiến tới giai đoạn gộp tăng trưởng, sao chép DNA và phân chia vào cùng một hệ thống
- Tế bào lần này khó có thể xem là tế bào sống, và phải nhận ribosome cùng chất dinh dưỡng từ bên ngoài, đồng thời cũng thiếu hệ thống phòng vệ và xử lý chất thải
- Nhóm nghiên cứu của Kate Adamala đã kết hợp hệ thống sao chép DNA, bộ enzyme sản xuất protein, liposome tiếp liệu và protein màng kích thích phân chia để tạo ra spudcell, và nghiên cứu hiện vẫn chưa qua bình duyệt đồng cấp
- Các tế bào được thay đổi gene nhân tạo có thể phát triển lớn hơn hoặc tạo ra nhiều tế bào con hơn, nhưng chọn lọc tự nhiên dựa trên đột biến ngẫu nhiên vẫn chưa được hiện thực hóa
- Nhóm nghiên cứu dự định công bố dữ liệu và phương pháp, đồng thời phân phối công cụ thông qua tổ chức phi lợi nhuận Biotic; về lâu dài, công trình này có thể được ứng dụng cho vật liệu mới, dược phẩm và nghiên cứu nguồn gốc sự sống
Chu kỳ tế bào xuất phát từ vật liệu vô sinh
- Các nhà sinh học đưa từng thành phần vô sinh vào bên trong một màng giống tế bào để kiểm tra xem các túi phân tử đó có thể thể hiện hành vi giống sự sống hay không
- Tế bào tổng hợp được tạo trong phòng thí nghiệm đã cùng thực hiện các bước cốt lõi của chu kỳ tế bào cơ bản
- tăng trưởng
- sao chép DNA
- phân chia
- Jack Szostak đánh giá rằng ông chưa biết trường hợp nào tiến xa đến mức này trong nỗ lực lắp ráp tế bào nhân tạo từ các thành phần sinh học
- Tuy vậy, theo bất kỳ định nghĩa nào thì đây vẫn chưa phải là tế bào sống
- cần được cung cấp thức ăn liên tục
- phải nhận ribosome, bộ máy sản xuất protein, từ bên ngoài
- không có hệ thống phòng vệ và cơ chế loại bỏ chất thải hiệu quả
- Sijbren Otto cho rằng mục tiêu tạo ra thứ sống từ các thành phần đã chết đã tiến rất gần, nhưng vẫn chưa hoàn toàn đạt tới
Thiết kế và cách lắp ráp spudcell
- Nhóm nghiên cứu tại University of Minnesota do Kate Adamala dẫn dắt đã xây dựng tế bào tổng hợp bằng một hệ thống gồm toàn bộ các bộ phận phân tử được tạo trong phòng thí nghiệm trong nghiên cứu mới
- Nghiên cứu hiện vẫn chưa qua bình duyệt đồng cấp
- Adamala cho biết khi bà bắt đầu phòng thí nghiệm vào năm 2016, bà đã hình dung ra một tế bào tổng hợp có thể trải qua trọn vẹn chu kỳ phân chia tế bào bằng chính bộ gene của nó
- Tiêu chí thiết kế là những chức năng cơ bản mà mọi tế bào đã biết đều cùng chia sẻ
- tăng trưởng
- sao chép DNA
- phân chia
- tiến hóa
- phiên mã DNA thành RNA và tạo protein để thực hiện các công việc cần thiết cho hoạt động của tế bào
- tập hợp các vật liệu cần thiết bên trong màng lipid
- Nhóm nghiên cứu phải tạo ra bộ gene cho tế bào tổng hợp và đồng thời cung cấp các vật liệu để thực hiện những chức năng đó
Sao chép DNA và liposome tiếp liệu
- Phần thân tế bào được đảm nhiệm bởi liposome, tức các túi rỗng đơn giản được bao quanh bởi màng lipid
- Trước tiên, nhóm nghiên cứu xây dựng hệ thống tối thiểu để sao chép DNA và truyền nó sang tế bào con
- áp dụng hệ thống sao chép DNA do Hannes Mutschler và Christophe Danelon tiên phong
- điều chỉnh để nó hoạt động cùng với bộ 36 enzyme thương mại giúp đọc DNA và tạo protein
- Bằng cách lặp đi lặp lại việc thay gene và điều chỉnh nồng độ phân tử, họ tối ưu để hệ thống truyền thông tin và hệ thống sản xuất protein có thể cùng vận hành
- Bộ gene tổng hợp rất nhỏ, nên hầu như không chứa gene trao đổi chất để xử lý thức ăn và năng lượng, cũng như nhiều phân tử phức tạp khác mà tế bào cần
- Các vật liệu còn thiếu được đặt vào những liposome tiếp liệu riêng
- đường
- lipid
- enzyme
- tRNA
- ribosome
- Để liposome tiếp liệu khi gặp tế bào tổng hợp sẽ hợp nhất màng và giải phóng vật chất bên trong, nhóm nghiên cứu đã biến đổi protein màng tế bào để nó hút các bong bóng lipid lại gần
- Sau nhiều lần điều chỉnh, tế bào bắt đầu tăng trưởng và sao chép DNA
Lối đi vòng cho phân chia thay vì dùng bộ xương tế bào
- Các nghiên cứu trước đó đã phần nào hiện thực hóa cách nuôi, làm lớn tế bào tổng hợp và sao chép DNA, nhưng phân chia tế bào vẫn là bài toán khó hơn
- Tế bào thông thường tái tổ chức bộ xương tế bào, tức mạng lưới các sợi protein cung cấp nâng đỡ cấu trúc, để chia DNA làm hai và tách tế bào
- Adamala chọn một cách tiếp cận khác thay vì dùng bộ xương tế bào
- tham khảo cơ chế trong bài báo của Reinhard Lipowsky, trong đó các thẻ protein được gắn lên màng để tập hợp các protein khác và bẻ cong màng về mặt vật lý nhằm kích thích phân chia tế bào
- điều chỉnh protein màng tế bào và thử nghiệm trên protocell
- sau nhiều lần thử, cơ chế phân chia đã hoạt động
- Job Boekhoven cho rằng nghiên cứu này là một thành quả lớn cho thấy rõ cơ chế phân chia nói trên
- John Glass đánh giá việc kết hợp sao chép DNA, liposome tiếp liệu và các protein kích thích phân chia rồi tối ưu để chúng cùng hoạt động có thể trở thành bước ngoặt cho lĩnh vực tế bào tổng hợp và sinh học nói chung
- Michael Lynch xem đây là một tour de force của sinh học tổng hợp, nhưng cũng cảnh báo không nên cường điệu vì tế bào vẫn chưa tự lập
Thử nghiệm chọn lọc với spudcell và bài toán tiến hóa còn lại
- Trong nội bộ nhóm nghiên cứu, loại tế bào tổng hợp này ban đầu được gọi là Adamala cells, nhưng Adamala muốn một cái tên khác nên đùa rằng hãy gọi là khoai tây, và các sinh viên bắt đầu gọi chúng là spudcells
- Mỗi tế bào đều rất nhỏ, và bộ gene cũng nhỏ hơn rất nhiều so với bộ gene của vi khuẩn
- Khi nhìn dưới kính hiển vi, nó không có hình dạng đặc biệt mà chỉ giống một khối đơn giản
- Sau khi xác nhận tế bào có thể tăng trưởng và phân chia, nhóm nghiên cứu thao tác DNA của tế bào tổng hợp để xem liệu chúng có thể tiến thêm một bước gần hơn tới tiến hóa hay không
- tạo ra các biến thể di truyền để một số tế bào phát triển lớn hơn hoặc phân chia nhanh hơn
- các tế bào phát triển lớn hơn tạo ra nhiều tế bào con hơn và bắt đầu tăng lên trong quần thể
- đã xuất hiện giai đoạn đầu của việc đặc tính đó được chọn lọc trong quần thể
- Nhưng đây vẫn chưa phải là sự hiện thực hóa rõ ràng của chọn lọc tự nhiên
- biến thể di truyền không xuất hiện từ đột biến DNA ngẫu nhiên mà do nhóm nghiên cứu can thiệp nhân tạo
- enzyme tạo sợi DNA quá chính xác nên không tạo ra đủ đột biến có ý nghĩa
- nhóm nghiên cứu cần tìm các enzyme có mức lỗi vừa đủ để không làm mất tính toàn vẹn của bộ gene và chức năng tế bào
- Boekhoven cho rằng bằng chứng về một quá trình tiến hóa rõ ràng vẫn còn thiếu, và đó sẽ là bước lớn tiếp theo
- Ở những loại tế bào tổng hợp khác, tiến hóa thích nghi đã được quan sát thấy, nhưng các tế bào đó không được tạo từ đầu mà là vi khuẩn chỉ giữ lại số lượng gene tối thiểu
Khoảng cách tới tế bào sống
- Tế bào tổng hợp có giới hạn là phải nhận nhiều nguyên liệu thô từ bên ngoài
- Szostak cho rằng việc tế bào không thể tự tạo ribosome như tế bào tự nhiên là yếu tố hạn chế khả năng tăng trưởng và sinh sản liên tục
- Nếu có thể tự tạo ribosome, protein và RNA, nó sẽ tiến gần hơn nhiều tới các tế bào sinh vật như vi khuẩn hiện có
- Adamala cho rằng để cải thiện hệ thống sao chép, cũng cần tìm ra cách bổ sung bộ xương tế bào
- hiện nay tế bào lãng phí nhiều năng lượng và thời gian để tập hợp các phân tử hỗ trợ phân chia
- So với các tế bào sống hiện đại, tế bào tổng hợp lần này vẫn rất nguyên thủy
- Adamala ví tế bào hiện đại như Boeing 787 Dreamliner
- còn tế bào lần này được ví như Wright flyer chỉ bay được 100 feet
Công bố Biotic và ứng dụng dài hạn
- Adamala cùng các nhà sinh học tổng hợp đã công bố việc thành lập tổ chức phi lợi nhuận Biotic cùng với kết quả mới
- Biotic sẽ được dùng để cung cấp các công cụ sinh học tổng hợp cho các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới
- Nhóm nghiên cứu công bố dữ liệu và phương pháp để những nhà sinh học tổng hợp khác có thể tạo ra và cải tiến tế bào
- Về lâu dài, công trình này có thể được sử dụng cho các ứng dụng như sau trong vài thập kỷ tới
- tạo nhựa mà không cần nhiên liệu hóa thạch
- tạo phân bón
- tạo thuốc
- Dù spudcell khác với những phân tử đơn giản hơn rất nhiều mà sự sống trên Trái Đất có thể đã sử dụng lúc khởi đầu, việc tạo ra một hệ thống tế bào tổng hợp từ vật liệu vô sinh đã đưa chúng ta tiến thêm một bước trong việc khám phá nguồn gốc sự sống và các điều kiện duy trì sự sống trong phòng thí nghiệm
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Bài bên Science News đưa thêm trích dẫn từ các nhà nghiên cứu đồng cấp nên cho thấy góc nhìn cân bằng hơn
Có người nói họ cũng không hài lòng với cách Adamala cố thu hút sự chú ý cho nghiên cứu. Cô ấy kể rằng một phản biện đã nói SpudCells không phải sinh học thực thụ nên bị Cell từ chối, và trước cả khi đăng lên bioRxiv để đồng nghiệp có thể đọc và đánh giá, cô đã gửi bản thảo dài 190 trang cho các phóng viên theo điều kiện cấm vận. Sắp tới nhóm sẽ nộp lại cho một tạp chí mới. Nhà sinh học tổng hợp Kerstin Göpfrich của Heidelberg University nói đây là “một cách làm khá khác thường”
https://www.science.org/content/article/lab-created-spudcell...
https://www.nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudc...
Trong lúc việc xuất bản bị trì hoãn và phải chờ thêm 6 tháng cho vòng phản biện tiếp theo, một “đồng nghiệp” ở phòng thí nghiệm khác lại đưa lên máy chủ preprint một thí nghiệm gần như y hệt nhưng cho kết quả nhỉnh hơn đôi chút, rồi ngay sau đó đăng được ở tạp chí hàng đầu. Thế là bên kia trở thành thành tựu mới nhất, còn nhà nghiên cứu ban đầu trông như người chỉ lặp lại nghiên cứu gốc. Tóm lại là chính trị làm hỏng tất cả
Đây chính là chỗ lĩnh vực này đã bị kẹt trong một thời gian dài. Những người đi trước Adamala đã tìm ra cách nuôi dưỡng tế bào tổng hợp để chúng phát triển, và cách sao chép DNA, nhưng phân bào lại là chuyện khác
Tế bào bình thường tái cấu trúc bộ xương tế bào, tức mạng sợi protein cung cấp nâng đỡ cấu trúc, để chia DNA làm hai rồi tách ra. Các nhà sinh học tổng hợp không tìm được cách buộc tế bào của họ đi qua quy trình phức tạp đó. Vì vậy Adamala quyết định bỏ qua bộ xương tế bào, và trong lúc lục tìm tài liệu đã phát hiện cơ chế do Reinhard Lipowsky mô tả: gắn dấu protein lên màng tế bào để hút các protein khác tới, làm màng cong về mặt vật lý và khiến tế bào tách đôi. Adamala làm theo hướng này, điều chỉnh protein màng của protocell, và sau nhiều lần thử cuối cùng đã thành công. Đây là phần mới
Xin lỗi vì tôi không phải chuyên gia. Tôi tò mò họ lấy amino acid và protein từ đâu. Tôi vẫn hiểu rằng để tế bào hoạt động thì chúng phải có cùng tính đối ảnh, còn amino acid nhân tạo “làm từ đầu” thì sẽ ra tỷ lệ 50:50 cho mỗi dạng đối ảnh
Cách giải thích đơn giản hóa của NYTimes nói họ “mượn” gene từ virus và vi sinh vật phổ biến Escherichia coli. Tôi muốn biết họ đã tiến gần tới mục tiêu “làm từ đầu” đến mức nào, hay thực ra nó gần với việc lắp ghép nhiều mảnh sẵn có hơn
Có vẻ như chính các nhà khoa học hoặc ai đó rất gần với họ đã tạo trang wiki này: https://en.wikipedia.org/wiki/SpudCell
Tôi không nghĩ mình từng thấy các nhà nghiên cứu tự quảng bá như vậy. Cách làm này khá thú vị, không biết sau này có thành tiêu chuẩn không
Tổ chức thực hiện nghiên cứu này là: https://biotic.org/
Biotic tự giới thiệu là một tổ chức nghiên cứu phi lợi nhuận vì lợi ích công cộng, phát triển các tế bào tổng hợp được xác định rõ về mặt hóa học và chức năng. Sứ mệnh của họ là giúp các tiến bộ nền tảng của công nghệ sinh học có thể diễn ra và được quản lý một cách có trách nhiệm, với mục tiêu bảo đảm công nghệ sinh học đẳng cấp thế giới mang lại lợi ích cho mọi người và cho hành tinh vào đúng thời điểm quan trọng. Nghiên cứu cụ thể này có vẻ được thực hiện tại University of Minnesota
Adamala có nói “sinh học còn có thể làm gì nữa?”, và tôi thì nghĩ, biết đâu nó có thể tạo ra sinh vật tổng hợp có khả năng nhanh chóng hủy diệt mọi sự sống
Nếu muốn xem bản thảo thực tế, đây là link: https://www.biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript...
Điều thú vị là nghiên cứu này do tiến sĩ Kate Adamala, người từng dừng thí nghiệm protein thuận tay phải, dẫn dắt. Nghĩ đến việc khi đó họ đã tiến rất gần, thì lần này thành công cũng không quá bất ngờ
Có thể tôi sai, nhưng hệ miễn dịch sẽ phát hiện mầm bệnh thuận tay trái và thậm chí có thể phản ứng mạnh hơn. Hai cơ chế cơ thể dùng để chống nhiễm trùng, sốt và phân hủy bằng ozone, rõ ràng là không phụ thuộc đối ảnh. Thậm chí còn có thể lập luận rằng nên đẩy mạnh sự sống gương cho mục đích công nghiệp nhanh hơn. Việc kiểm soát sinh học sẽ dễ hơn, và vì không có gì để ăn nên khả năng thoát khỏi phòng thí nghiệm cũng thấp hơn nhiều
Hãy tưởng tượng bạn tình cờ đọc một bài báo năm 2226. Bạn bắt đầu đọc để xem Google, OpenAI hay Anthropic ai đã thắng trong cuộc đua AI
Nhưng rồi hóa ra là Biotic. Giờ đây nó là thực thể chính trị quyền lực nhất trong Hệ Mặt Trời và vùng phụ cận, và vào năm 2084 đã mua lại Alphabet, OpenAI và Anthropic chỉ trong một ngày. Con người không còn được ưu tiên nữa, và sinh sản bị giới hạn ở mức tối thiểu tối ưu để bảo đảm sự tồn tại mang tính di vật của loài. Trong hoạt động sản xuất, Biotic chuộng cỗ máy sinh học hơn. Cứ tưởng tượng drone sinh con trong lúc giao thông đạt đỉnh. Tốn năng lượng hơn, nhưng không cần nhà máy cũng chẳng cần công nhân. Nếu cứ để vậy, thay vì mục nát thành rác thải như máy móc ngày xưa, chúng sẽ sinh sôi ngoài tầm kiểm soát
Một số tập hợp thành bầy và xây những cấu trúc di động khổng lồ do một trí tuệ tập thể không thể hiểu nổi điều khiển. Bài báo viết rằng sự kiện này thực ra đã xảy ra khoảng 3,5 tỷ năm trước, và khuyên trí tuệ tập thể hiện tại nên đăng ký thuê bao