.Can Life Be Engineered? Biochemists Take Key Steps Toward Synthetic Lifeforms

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생명은 조작될 수 있을까? 생화학자들은 합성 생명체를 향한 핵심 단계를 밟는다

세포 그래픽의 합성 동등물

작성자: René Fransen, 흐로닝언 대학교2024년 11월 6일

세포 그래픽의 합성 동등물 세포의 단순화된 합성적 등가물은 생명에 대한 청사진과 같을 것입니다. 출처: EVOLF 프로젝트 과학자들은 합성 세포를 구성하고 생명의 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 단순화된 생물학적 시스템을 설계하고 있습니다. 과학에서 가장 근본적인 질문 중 하나는 생명이 없는 분자가 어떻게 모여서 살아있는 세포를 형성할 수 있는가입니다. 그로닝겐 대학교 생화학 교수인 베르트 풀먼은 20년 동안 이 문제를 해결하기 위해 노력해 왔습니다. 그는 생명을 재구성하여 생명을 이해하고자 합니다. 그는 합성 세포의 구성 요소로 사용할 수 있는 생물학적 시스템의 단순화된 인공 버전을 구축하고 있습니다.

버트 풀먼

버트 풀먼 이 사람은 그로닝겐 대학 생화학 교수인 베르트 풀먼입니다. 출처: 그로닝겐 대학

그의 연구는 Nature Nanotechnology 와 Nature Communications 에 게재된 두 편의 새로운 논문에서 자세히 설명되었습니다 . 첫 번째 논문에서 그는 합성 세포 간의 이 반응 생성물의 에너지 변환 및 교차 공급 시스템을 설명하는 반면, 두 번째 논문에서는 세포에서 영양소를 농축하고 변환하는 시스템을 설명합니다. 합성 셀과 에너지 변환 6개의 네덜란드 연구 기관이 BaSyc ( Building a Synthetic Cell ) 컨소시엄에서 협력하여 합성 세포에 필요한 요소를 구축하고 있습니다. Poolman의 그룹은 에너지 변환에 대해 연구해 왔습니다. 그가 복제하고자 하는 실제 동등물은 세포의 "에너지 공장"인 미토콘드리아입니다.

미토콘드리아와 단순화된 합성 동등물 그래픽

이들은 분자 ADP를 사용하여 세포가 기능하는 데 필요한 표준 "연료"인 ATP를 생성합니다. ATP가 다시 ADP로 전환되면 에너지가 방출되어 다른 프로세스를 구동하는 데 사용됩니다. 미토콘드리아와 단순화된 합성 동등물 그래픽 이 이미지는 미토콘드리아에서 ATP를 생산하는 것을 보여줍니다. 여기에는 100개 이상의 단백질이 필요하고, 합성 소포는 5개의 단백질만으로 ATP를 생산합니다. 출처: University of Groningen, Poolman lab

인공 에너지 공장 "미토콘드리아의 수백 가지 구성 요소 대신, 우리의 에너지 변환 시스템은 단 5가지를 사용합니다." 풀먼이 말했습니다. "우리는 가능한 한 단순화하려고 했습니다." 진화가 기능적 시스템을 만드는 데 큰 역할을 했기 때문에 이상하게 들릴 수 있습니다. "하지만 진화는 일방 통행로이며 기존 구성 요소를 기반으로 하기 때문에 종종 결과가 매우 복잡해집니다." 풀먼이 설명합니다. 반면 인공 복제품은 특정 결과를 염두에 두고 설계할 수 있습니다. 5가지 성분은 ADP와 주변 유체의 아미노산 아르기닌을 흡수할 수 있는 작은 세포와 같은 주머니인 소포에 배치되었습니다 . 아르기닌은 "연소"(탈아민화)되어 소포에서 분비되는 ATP를 생성하는 에너지를 제공합니다. "물론, 단순화에는 비용이 따릅니다.

물 속의 녹색 해파리

우리는 아르기닌만 에너지원으로 사용할 수 있는 반면, 세포는 아미노산 , 지방, 당과 같은 모든 종류의 분자를 사용합니다." 물 속의 녹색 해파리 생물학적 시스템은 합성 세포를 만드는 데 사용되는 단순화된 인공 시스템의 예입니다. 출처: Beeld Willy Arisky via Pexels

다음으로, Poolman 그룹은 분비된 ATP를 흡수하여 에너지 소모 반응을 구동하는 데 사용할 수 있는 두 번째 소포를 설계했습니다. 에너지는 ATP를 다시 ADP로 전환하여 공급되며, ADP는 분비되어 첫 번째 소포에 흡수되어 루프를 닫습니다. 이러한 ATP 생산 및 사용 주기는 모든 살아있는 세포의 신진대사의 기초이며 성장, 세포 분열, 단백질 합성, DNA 복제 등과 같은 에너지를 소모하는 반응을 위한 "기계"를 구동합니다. 인공 펌핑 시스템 Poolman이 만든 두 번째 모듈은 약간 달랐습니다. 화학적 과정으로 인해 내부가 음전하를 형성하고, 그렇게 하면서 전자 회로와 유사한 전기적 전위를 형성하는 소포입니다. 전기적 전위는 전하 이동을 소포 내부의 영양소 축적과 결합하는 데 사용되며, 이는 운반체에 의해 수행됩니다. 소포의 막에 있는 이 단백질은 물레방아와 약간 비슷하게 작동합니다. 양전하를 띤 양성자는 소포 외부에서 음전하를 띤 내부로 "흐릅니다".

체육관에서 덤벨을 들어올리는 남자

이 흐름은 수송체를 구동하는데, 이 경우 당 분자인 락토오스를 수입합니다. 다시 말하지만, 이는 살아있는 세포에서 매우 흔한 과정으로, Poolman과 그의 팀이 단 두 가지 성분으로 모방한 많은 성분이 필요합니다. 체육관에서 덤벨을 들어올리는 남자 우리 근육의 세포도 ATP에 의해 구동됩니다. 출처: Victor Freitas

그가 이 시스템을 설명하는 논문을 제출했을 때, 한 심사자는 세포가 이러한 영양소를 사용하여 유용한 구성 요소를 생산하기 때문에 운반되는 락토오스로 무언가를 할 수 없겠느냐고 물었습니다. 풀먼은 도전을 받아들여 시스템에 효소 세 개를 더 추가했고, 이는 설탕을 산화시키고 보조 효소 NADH를 생산할 수 있게 했습니다. 풀먼은 "이 보조 분자는 모든 세포의 적절한 기능에 필수적인 역할을 합니다."라고 설명합니다.

"그리고 NADH 생산을 추가함으로써 시스템을 확장하는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다." 완전 기능의 합성 셀을 향하여 생명의 두 가지 핵심적 특징을 단순화한 합성적 등가물을 갖는 것은 매력적이지만, 자율적으로 성장하고 분열하는 합성 세포를 형성하기 위해서는 훨씬 더 많은 단계가 통합되어야 합니다. Poolman은 "우리가 취하고자 하는 다음 단계는 우리의 대사 에너지 생산 시스템을 동료들이 만든 합성 세포 분열 시스템에 추가하는 것입니다."라고 말합니다. BaSyc 프로그램은 마지막 해에 접어들고 있으며, 새로운 프로그램에 대한 자금이 최근에 확보되었습니다.

Poolman이 주요 과학자 중 한 명인 네덜란드 그룹의 대규모 컨소시엄은 무생물 모듈에서 생명을 창조하기 위해 4,000만 유로를 받았습니다. 이 EVOLF 프로젝트는 앞으로 10년 동안 진행될 예정이며, 얼마나 많은 무생물 모듈이 모여서 살아있는 세포를 만들 수 있는지 알아내는 것을 목표로 합니다. Poolman은 "궁극적으로 이것은 우리에게 생명에 대한 청사진을 제공할 것입니다. 이는 현재 생물학에서 부족한 것입니다."라고 결론지었습니다. "이것은 결국 온갖 종류의 응용 프로그램을 가질 수 있지만, 또한 생명이 무엇인지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다."

참고문헌: “탈탄산화와 결합된 전기적 역항체에 의해 구동되는 합성 세포에서의 화학삼투 영양소 수송”, 저자: Miyer F. Patiño-Ruiz, Zaid Ramdhan Anshari, Bauke Gaastra, Dirk J. Slotboom, Bert Poolman, 2024년 9월 12일, Nature Communications . DOI: 10.1038/s41467-024-52085-z “대사적으로 활성한 나노반응기 사이의 아데닌 뉴클레오타이드 교차 공급을 위한 합성적 합성” Laura Heinen, Marco van den Noort, Martin S. King, Edmund RS Kunji 및 Bert Poolman, 2024년 10월 21일, Nature Nanotechnology . DOI: 10.1038/s41565-024-01811-1

https://scitechdaily.com/can-life-be-engineered-biochemists-take-key-steps-toward-synthetic-lifeforms/

메모 2411070135,소스1.분석1._[n】

0.
생명은 조작될 수 있을까? 생화학자들은 합성 생명체를 향한 핵심 단계를 밟는다. 세포의 단순화된 합성적 등가물은 생명에 대한 청사진과 같을 것이다. 과학자들은 합성 세포를 구성하고 생명의 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 단순화된 생물학적 시스템을 설계하고 있다.

과학에서 가장 근본적인 질문 중 하나는 [0]생명이 없는 분자가 어떻게 모여서 살아있는 '세포를 형성할 수 있는가']이다.

_[0】원자핵은 어떻게 힘을 얻었을까? 쿼크와 글루온 아원자의 조합 때문이지 않나? 뭔가에는 더작은 것들이 모여서 분열하는 속성이 있다. 어허.

0-1.
첫번째 합성 세포 간의 이 반응 생성물의 에너지 변환 및 교차 공급 시스템을 설명하는 반면, 세포에서 영양소를 농축하고 변환하는 시스템을 설명한다.

합성 세포에 필요한 요소를 구축하고 있다. 이제 복제하고자 하는 실제 동등물은 세포의 "에너지 공장"인 미토콘드리이다. 이들은 분자 ADP를 사용하여 세포가 기능하는 데 필요한 표준 "연료"인 ATP를 생성합니다. ATP가 다시 ADP로 전환되면 에너지가 방출되어 다른 프로세스를 구동하는 데 사용된다.

1.
미토콘드리아에서 ATP를 생산하는 것을 보여준다. 여기에는 100개 이상의 단백질이 필요하고, 합성 소포는 5개의 단백질만으로 ATP를 생산한다.

[1]ATP가 다시 ADP로 전환되면 에너지가 방출되어 다른 프로세스를 구동]하는 데 사용된다.

_[1】보기1.oms4에는 1이 분포돼 있다. 1은 4개의 쿼크로 이뤄진 원형의 4점 X.dd, y.uu의 ATP와 같다. 이들 쿼크가 3각형으로 변환되면 양성자나 중성자가 되는 조합모드로 원자핵급 ADP로 변할 수 있다. 어허.

보기1.
1000
0010
0100
0010

2.
미토콘드리아에서 ATP를 생산하는 것을 보여준다. 여기에는 100개 이상의 단백질이 필요하고, 합성 소포는 5개의 단백질만으로 ATP를 생산한다.

인공 에너지 공장
미토콘드리아의 수백 가지 구성 요소 대신, 우리의 에너지 변환 시스템은 단 5가지를 사용한다. 가능한 한 인공적으로 단순화해본다.

진화가 기능적 시스템을 만드는 데 큰 역할을 했기 때문에 이상하게 들릴 수 있다. 하지만 진화는 일방 통행로이며 기존 구성 요소를 기반으로 하기 때문에 종종 결과가 매우 복잡해진다. [2]반면 인공 복제품은 특정 결과]를 염두에 두고 설계할 수 있다.
_[2】숫자더미가 마방진 msbase가 자연스럽게 되기는 어렵다. 더 어려운 것은 이들이 키랄 선대칭으로 omsful을 구현하는 일이다. 이들은 거의 인공적으로 2단계를 넘어야 가능했다. 보기2.sms.vix.ain이 바로 그 주인공이다.

No photo description available.

Note 2411070135, Source 1. Analysis 1._[n]

0.
Can life be engineered? Biochemists are taking a key step toward synthetic life. A simplified synthetic equivalent of a cell would be like a blueprint for life. Scientists are designing simplified biological systems to construct synthetic cells and better understand the mechanisms of life.

One of the most fundamental questions in science is [0]how can inanimate molecules come together to form a living 'cell'?

_[0]How did the nucleus get its power? Isn't it because of the combination of quarks and gluons? Something has the property of coming together and splitting into smaller things. Oh, my.

0-1.
Describe the energy conversion and cross-feeding system of this reaction product between the first synthetic cells, while describing the system that concentrates and converts nutrients in the cell.

Building the elements needed for a synthetic cell. The real equivalent we now want to replicate is the mitochondria, the "energy factories" of the cell. They use the molecule ADP to produce ATP, the standard "fuel" that cells need to function. When ATP is converted back to ADP, energy is released and used to drive other processes.

Shows the production of ATP in mitochondria. This requires over 100 proteins, while synthetic vesicles produce ATP with only 5 proteins.

[1]When ATP is converted back to ADP, energy is released and used to drive other processes.

_[1】View 1. oms4 has 1s distributed. 1 is like ATP of the 4 points X.dd, y.uu, a circle made of 4 quarks. When these quarks are converted into triangles, they can be transformed into nuclear-grade ADP in a combination mode that becomes a proton or neutron. Oh.

2.
Shows the production of ATP in mitochondria. This requires over 100 proteins, while synthetic vesicles produce ATP with just 5 proteins.

Artificial energy factories
Instead of the hundreds of components of mitochondria, our energy conversion system uses just 5. Let's simplify it as much as possible.

This may sound strange, since evolution has played a big role in creating functional systems. However, evolution is a one-way street, and since it builds on existing components, the results are often very complicated. [2] On the other hand, artificial replicas can be designed with a specific outcome in mind.
_[2] It is difficult for a magic square msbase to become a natural number pile. What is more difficult is to implement omsful with chiral line symmetry. They were almost artificially possible by going beyond step 2. Example 2.sms.vix.ain is the main character.