ბიოლოგიის ათასწლეულის პრობლემები: თორმეტი კონკრეტული სამიზნე მეცნიერებისთვის

Edison Scientific-მა და FutureHouse-მა ბიოლოგიის თორმეტი ღია პრობლემის სამუშაო კატალოგი გამოაქვეყნა, რომელიც დარგისთვის კონკრეტულ და შემოწმებად სამიზნეებად არის ჩამოყალიბებული. სია აერთიანებს ხანგრძლივი ისტორიის მქონე კითხვებს — ლაბორატორიაში სიცოცხლის წარმოშობიდან ზრდასრულ ძუძუმწოვრებში კიდურის რეგენერაციამდე — და თითოეულისთვის განსაზღვრავს, რომელი გაზომვები ჩაითვლება ამოხსნად. გვერდზე ავტორებად Sam Rodriques და Michaela Hinks არიან მითითებული.

პირველყოფილი ბულიონიდან გაყინულ თაგვებამდე

პირველი ამოცანა მოითხოვს თვითრეპლიკაციული, რნმ- და ცილებზე დაფუძნებული უჯრედების დამოუკიდებელ წარმოშობას დამაჯერებელი პირველყოფილი ბულიონიდან და ენერგიის დამაჯერებელი წყაროდან. უჯრედი შეიძლება იყოს ნებისმიერი განსაზღვრული საზღვრის მქონე კომპარტმენტი, თუმცა მან რაოდენობა მინიმუმ 10⁶-ჯერ უნდა გაზარდოს — დაახლოებით ოცი თაობა — და გაყოფა განუსაზღვრედ უნდა გაგრძელდეს. მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ნუკლეინის მჟავებად ან პოლიპეპტიდებად შენახვა მკაცრად სასურველია.

მეორე ამოცანა კრიოკონსერვაციაა: ცოცხალი, უცვლელი ველური ტიპის ზრდასრული თაგვების მთელი სხეულის გაყინული ან ვიტრიფიცირებული მდგომარეობის შექცევადობა. ცხოველები გაყინულ მდგომარეობაში მინიმუმ 24 საათი უნდა დარჩნენ, 99%-ზე მეტი სიცოცხლისუნარიანობით გამოცოცხლდნენ და ორგანოების მუდმივი დაზიანების გარეშე. სომატური გენური ინჟინერია არასასურველია, მაგრამ დასაშვები, და ყველა ექსპერიმენტს ეთიკური ნებართვა სჭირდება. შემდგომ ამოცანებს შორისაა მოკვეთილი კიდურის რეგენერაცია ზრდასრულ ველური ტიპის თაგვებში — კონტროლის ჯგუფისგან განურჩეველი საავტომობილო და სენსორული ფუნქციით.

მოლეკულური ინსტრუმენტები და გადაწერილი კოდები

რამდენიმე ამოცანა უჯრედის მექანიზმებს ეხება. „უკუ ტრანსლატაზა“ უნდა კითხულობდეს აუნიშნავ პოლიპეპტიდს და სინთეზირებდეს მისი ნარჩენების თანმიმდევრობის მაკოდირებელ ნუკლეინის მჟავას ჯაჭვს — მინიმუმ 90%-იანი სიზუსტით ას წინასწარ რეგისტრირებულ პეპტიდზე. „კვადრუპლეტური უჯრედი“ ყველა ცილას, მათ შორის საკუთარ ტრანსლაციის აპარატს, ოთხი ფუძის კოდონებით დაშიფრავს. სხვა სამიზნეებს შორისაა Rubisco, რომლის ნახშირორჟანგის მიმართ სპეციფიკობა Galdieria partita-ს მაჩვენებელს აღემატება და ბრუნვის სიჩქარე სიმინდისას ემთხვევა, 3′→5′ პოლიმერაზების სრული ნაკრები და აზოტაზა, რომელსაც ცნობილ ოჯახებთან ჰომოლოგია არ აქვს.

კატალოგი მედიცინასაც ეხება: ინფექციური AAV-ისა და ლენტივირუსის წარმოება ბაქტერიებში, პროტეაზების დიზაინი, რომლებიც ჩამოკეცილ ენდოგენურ ცილაში დაფარულ (blinded) ადგილს ჭრიან, და ცილოვანი შემბოჭავები, რომლებიც უჯრედში შედიან და შიდა სამიზნეებს ფარმაკოლოგიურ კონცენტრაციებზე უკავშირდებიან. ცილის ამპლიფიკაცია და პროგრამირებადი პროტეაზები იმ ამოცანებს შორისაა, სადაც ნაწილობრივი წარმატება დასაშვებია.

რატომ აქვს მნიშვნელობა ამ ჩამონათვალს

თითოეული პუნქტი თავად განსაზღვრავს წარმატების კრიტერიუმებს, ვადებსა და გადამოწმების წესებს: დიზაინი სამიზნეების რეგისტრაციიდან 24 საათში უნდა იყოს მზად, სკრინინგი და კონკრეტულ სამიზნეზე ევოლუცია აკრძალულია, ხოლო რეგენერაციის შედეგებს ბრმა დამკვირვებლები აფასებენ. რამდენიმე ამოცანა შესუსტებულ ვერსიას ნაწილობრივ წარმატებად მიიჩნევს. შედეგი სურვილების სიაზე ნაკლებია და ბენჩმარკს უფრო ჰგავს — კითხვა იმაზე, თუ რისი კეთება შეიძლება რეალურად აიძულო ბიოლოგიას.