Учёные из Института биоинженерии Каталонии (IBEC) создали одну из самых простых искусственных клеток, способную самостоятельно передвигаться в ответ на химические сигналы. Этот прорыв позволяет взглянуть на базовые принципы навигации живых организмов и открывает новые горизонты в синтетической биологии.
Навигация по запаху
Хемотаксис — это механизм, с помощью которого живые клетки ориентируются в пространстве. Так, бактерии находят пищу, а белые кровяные клетки устремляются к очагам воспаления. Теперь подобный механизм удалось воспроизвести в синтетической системе.
Учёные запрограммировали микроскопические пузырьки — липидные везикулы — следовать за химическими веществами. Эти «минимальные клетки» состоят из липидной оболочки, внутри которой находятся ферменты, способные реагировать на определённые молекулы.
Для имитации движения учёные поместили внутрь везикул ферменты — глюкозооксидазу или уреазу. Эти ферменты преобразуют молекулы глюкозы и мочевины соответственно. Чтобы обеспечить обмен веществами с внешней средой, в мембрану клеток внедрили белки-поры.
Когда такая везикула попадает в среду с определённым веществом, фермент внутри запускает химическую реакцию. Через поры происходит обмен молекулами, что создаёт асимметрию концентраций вокруг пузырька. Это, в свою очередь, приводит к возникновению направленного потока жидкости, способного толкать клетку вперёд.
«Представьте себе лодку: поры и ферменты — это её двигатель и система навигации», — объясняет Барбара Боржеш Фернандеш, первая авторка исследования.
Команда IBEC проанализировала поведение более 10 000 везикул. Они обнаружили, что увеличение числа пор в мембране значительно усиливает хемотаксический ответ. Искусственные клетки с большим количеством каналов демонстрировали более точное и направленное движение к источнику нужного вещества.
Зачем это нужно?
Профессор Лоренцо Батталья, руководитель исследования, отмечает, что упрощение биологических систем позволяет лучше понять их суть. Создание клетки из трёх компонентов — липидной оболочки, одного фермента и одной поры — даёт возможность изучить основы клеточной навигации и коммуникации.
«Эти синтетические клетки — словно чертёж навигационной системы природы. Чем проще мы строим, тем глубже понимаем», — подчёркивает учёный.
Результаты исследования не ограничиваются лабораторным интересом. Искусственные клетки помогают понять, как могли появиться первые живые организмы и каким образом простые структуры эволюционировали в сложные формы жизни.
Работа опубликована в журнале Science Advances.
