Жизнь собрали с нуля: синтетическая клетка научилась расти и размножаться
Ученые впервые собрали из неживых химических компонентов клеточную систему, которая способна не просто выполнять отдельные функции живой клетки, а пройти полный жизненный цикл — получать ресурсы, расти, копировать генетический материал и делиться.
Систему под названием SpudCell разработали Кейт Адамала, Аарон Энгельхарт и их коллеги из Университета Миннесоты. Результаты пока опубликованы в статье, которая не прошла научное рецензирование.
Главное отличие SpudCell от большинства предыдущих попыток создать искусственную клетку в том, что исследователи воспроизвели сразу целую последовательность процессов, необходимых для существования и размножения клетки. Система может получать питательные вещества из окружающей среды, увеличиваться в размерах, копировать свой геном и затем делиться на новые клетки.
Особенно важным оказался способ деления. У обычных клеток этот процесс контролирует цитоскелет — внутренний белковый каркас. SpudCell обходится без него: специальные белки накапливаются на поверхности мембраны, а когда механическое напряжение становится достаточно сильным, мембрана разрывается и клетка разделяется.
Более того, SpudCell удалось заставить эволюционировать. Исследователи внесли изменение в геном, благодаря которому одна версия клетки стала производить больше определенного белка, быстрее расти и давать больше потомства. Уже через пять поколений она вытеснила исходный вариант. При нехватке питательных веществ преимущество оказалось еще сильнее.
Это означает, что в системе удалось воспроизвести не только отдельные признаки жизни, но и простейшие механизмы наследственности, конкуренции и естественного отбора.
При этом геном SpudCell заметно компактнее генома живых организмов. Он содержит около 90 тыс. пар оснований и состоит не из одной хромосомы, а из семи отдельных плазмид — небольших молекул ДНК. Такая конструкция позволяет исследователям независимо менять разные функции клетки.
Читайте также
Авторы рассматривают SpudCell не как готовый искусственный организм, а как платформу для дальнейшей биоинженерии. В будущем подобные системы могут использоваться для производства лекарств, материалов и химических веществ. Например, искусственные клетки теоретически можно будет программировать на создание молекул, которые трудно или невозможно получить традиционными методами.
До практического применения, однако, еще далеко. Исследователям предстоит объединить семь плазмид в более стабильный единый геном, добавить новые молекулярные механизмы и сделать технологию воспроизводимой в других лабораториях.
Параллельно команда Адамалы запускает организацию Biotic, которая должна создать общую инфраструктуру и стандарты для исследований синтетических клеток. Идея в том, чтобы превратить эксперименты с отдельными искусственными клетками в полноценную инженерную дисциплину — примерно так же, как это произошло с программированием и электроникой.
Если подход удастся масштабировать, ученые получат возможность не только изучать уже существующую жизнь, но и проектировать клеточные системы с нуля под конкретные задачи.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.
