The Minimal Cell: The Biophysics of Cell Compartment and the Origin of Cell Functionality

در ده سال گذشته علاقه به مفهوم سلول حداقل افزایش قابل توجهی داشته است. منظور ما از این اصطلاح معمولاً ساختاری سلول مانند است که شامل حداقل و تعداد اجزای کافی برای تعریف زنده یا حداقل قادر به نمایش برخی از عملکردهای اساسی یک سلول زنده است. در واقع، وقتی به سلول‌های زنده موجود نگاه می‌کنیم، متوجه می‌شویم که هزاران مولکول از نظر مکانی و عملکردی سازمان‌دهی شده‌اند تا آنچه را که حیات سلولی می‌نامیم، تحقق بخشند. این واقعیت این سؤال را برمی‌انگیزد که آیا چنین پیچیدگی عظیم شرط لازم برای زندگی است یا یک سیستم مولکولی ساده‌تر را نیز می‌توان به عنوان زنده تعریف کرد. بدیهی است که مفهوم سلول حداقل شامل تمام خانواده‌های سلولی، از سلول‌های کاملاً مصنوعی، نیمه مصنوعی، مدل‌های سلولی اولیه، تا سیستم‌های سلولی بیومیمتیک ساده می‌شود. به طور معمول، در رویکرد تجربی برای ساخت حداقل، عنصر اصلی محفظه است. وزیکول‌های لیپید (لیپوزوم) برای میزبانی دگرگونی‌های مولکولی ساده و پیچیده، از واکنش‌های آنزیمی منفرد یا چندگانه، واکنش‌های زنجیره‌ای پلیمراز و بیان ژن استفاده می‌شوند. امروزه این تحقیق به عنوان بخشی از سناریوی وسیع‌تر زیست‌شناسی مصنوعی تلقی می‌شود، اما ریشه در منشأ مطالعات حیات دارد، زیرا ساخت یک سلول حداقل ممکن است بینش‌های بیوفیزیکی را در مورد منشأ سلول‌های بدوی و پیدایش حیات بر روی زمین ارائه دهد. این جلد یک نمای کلی از مطالعات فیزیکی، بیوشیمیایی و عملکردی بر روی سلول های حداقل، با تاکید بر رویکردهای تجربی ارائه می دهد. 15 کارشناس بین المللی در مورد کمک های نوآورانه خود در ساخت سلول های حداقلی گزارش می دهند.

In the last ten years there has been a considerable increase of interest on the notion of the minimal cell. With this term we usually mean a cell-like structure containing the minimal and sufficient number of components to be defined as alive, or at least capable of displaying some of the fundamental functions of a living cell. In fact, when we look at extant living cells we realize that thousands of molecules are organized spatially and functionally in order to realize what we call cellular life. This fact elicits the question whether such huge complexity is a necessary condition for life, or a simpler molecular system can also be defined as alive. Obviously, the concept of minimal cell encompasses entire families of cells, from totally synthetic cells, to semi-synthetic ones, to primitive cell models, to simple biomimetic cellular systems. Typically, in the experimental approach to the construction of minimal the main ingredient is the compartment. Lipid vesicles (liposomes) are used to host simple and complex molecular transformations, from single or multiple enzymic reactions, to polymerase chain reactions, to gene expression. Today this research is seen as part of the broader scenario of synthetic biology but it is rooted in origins of life studies, because the construction of a minimal cell might provide biophysical insights into the origins of primitive cells, and the emergence of life on earth. The volume provides an overview of physical, biochemical and functional studies on minimal cells, with emphasis to experimental approaches. 15 International experts report on their innovative contributions to the construction of minimal cells.