В лаборатории Миннесотского университета (University of Minnesota) создали первую в мире синтетическую клетку, способную пройти полный жизненный цикл. SpudCell растёт, реплицирует ДНК, питается, делится и передаёт генетический материал следующему поколению. Это важный шаг на пути к созданию живых систем «с нуля» — исключительно из химических компонентов, без использования природных организмов.
В отличие от предыдущих проектов, где удавалось воспроизвести лишь отдельные функции клетки, SpudCell объединяет несколько ключевых процессов в одной искусственной системе.
Как устроена искусственная клетка
SpudCell построена на основе липосом — крошечных водяных сфер, окружённых жировой мембраной, и синтетической ДНК, которая содержит инструкции для базовых клеточных функций. Клетка «питается», сливаясь с крошечными «кормовыми» липосомами, содержащими необходимые молекулы, ферменты и рибосомы для синтеза белков.
По мере роста SpudCell реплицирует свой геном, а затем делится. В отличие от природных клеток, у которых деление происходит с помощью внутреннего цитоскелета, здесь используется другой механизм: белки накапливаются на мембране до тех пор, пока механическое напряжение не приводит к её разделению.
Исследователи также продемонстрировали естественный отбор внутри синтетической системы. После введения генетического изменения, которое увеличивало производство белка, отвечающего за слияние, модифицированные клетки начали расти быстрее и производить больше потомства. Уже через пять поколений «улучшенные» клетки вытеснили исходную популяцию, а преимущество стало ещё заметнее при ограничении питательных веществ.
«Это, вероятно, самый захватывающий проект, над которым я когда-либо работала, — сказала Кейт Адамала (Kate Adamala), доцент университета. — Мы воспроизвели химическими средствами то, что раньше было возможно только в биологии: полный набор поведений клетки. Это доказывает, что самые фундаментальные функции жизни — рост и репликация — не требуют таинственной «искры»».
Почему это важно
Геном SpudCell относительно небольшой — всего 90 тысяч пар оснований, и он разделён на семь плазмид ДНК. Это позволяет программировать разные функции клетки независимо друг от друга.
Учёные видят в платформе потенциал для создания программируемых биологических фабрик. Вместо модификации существующих бактерий или дрожжей можно будет проектировать синтетические клетки «с нуля» под конкретные задачи: производство лекарств, новых материалов, топлива и других веществ, которые сложно или невозможно получить традиционными промышленными методами.
Для развития этого направления Кейт Адамала и коллеги основали организацию Biotic — некоммерческую структуру, которая будет разрабатывать общие стандарты и инфраструктуру для инженерии синтетических клеток.
Что дальше
Пока SpudCell остаётся лабораторным доказательством концепции. Для практического применения будущим версиям понадобится более стабильный геном, дополнительные молекулярные механизмы и стандартизированные методы инженерии. Однако уже сейчас ясно: создание живых систем из неживых компонентов перешло из области фантастики в область реальной науки.
«Эта работа — только начало, — отметила Адамала. — Мы показываем, что базовые функции клетки можно сконструировать. Чтобы полностью раскрыть потенциал технологии, сделать её надёжной и практичной, нужна совместная международная работа».
SpudCell открывает новую главу в синтетической биологии — главу, где человек не просто изучает жизнь, а начинает её конструировать по собственным правилам.
