Воспроизвели биологию: в США впервые создали синтетическую клетку с полным жизненным циклом
Команда ученых из Миннесотского университета создала SpudCell — клеточную систему, полностью состоящую из известных химических компонентов, которая может проходить полный клеточный цикл, следует из результатов исследования, опубликованного организацией Biotic. Революционное открытие показало, что основные процессы жизни можно воссоздать из неживых компонентов, утверждают ученые.
SpudCell может расти, присоединяясь к маленьким шарикам с питательными веществами, созданными в лабораторных условиях. Эти шарики сливаются с клеткой, и она использует их содержимое для роста. ДНК клетки контролируется, и это определяет, как быстро она растет и какого размера становится.
В естественных клетках деление происходит благодаря внутреннему каркасу — цитоскелету, но у синтетической его нет. Вместо этого, белки на поверхности ее оболочки или же мембраны скапливаются, пока не разорвут ее, и клетка делится. Более того, ученые изменили ДНК SpudCell так, чтобы она производила больше белка для деления, а клетки с этим изменением стали расти быстрее и размножаться успешнее. Спустя всего пять поколений такие клетки полностью заменили исходные.
Геном SpudCell состоит из 90 000 пар оснований, которые исследователи разделили на 9 маленьких частей, называемых плазмидами. Это позволяет легко изменять отдельные части клетки. В отличие от естественных клеток, в синтетической все точно известно о каждом белке и его количестве, что позволило создать специальную смесь из 36 очищенных белков для производства новых.
Именно ими SpudCell и питается, производя их самостоятельно. Сама синтезированная частица состоит из молекул жира, похожих на те, что образуют оболочку обычных клеток. Внутри этой оболочки и находится ДНК с воспроизводимыми белками.
Соавтор исследования Кейт Адамала, доцент колледжа биологических наук при Миннесотском университете, подчеркнула, что со временем синтезированная клетка может помочь в решении некоторых из самых сложных проблем в медицине и биоинженерии.
«Пожалуй, это самый захватывающий проект, над которым я когда-либо работала. Мы воспроизвели в химии то, что раньше было возможно только в биологии: полный набор функций клетки. Это доказывает, что для самых фундаментальных функций жизни, таких как рост и репликация, не нужна таинственная магическая искра», — заявила Адамала.
При этом, несмотря на преимущества над естественными клетками, у синтетической есть целый ряд проблем. Например, SpudCell использует рибосомы бактерий кишечной палочки, но создавать их сама она не может. Поэтому она существует 5—10 поколений, после чего механизм вырождается, а чтобы создать рибосомы, необходимы синтез десятков белков и молекул РНК, а затем их сборка в правильном порядке.
Улучшенный геном также не распространяется после пяти поколений, поскольку у него нет цитоскелета, который решает эту проблему в естественных клетках, а также SpudCell крайне зависима от внешнего питания и не может существовать автономно.
Именно по всем этим причинам ученые отмечают большой объем работы, необходимый для дальнейшего развития созданной ими клетки. Для этого был запущен Biotic — научно-исследовательское и инженерное учреждение, деятельность которого направлена на создание общей технической инфраструктуры для синтетической клеточной инженерии и обеспечение возможности участия в ней исследователей со всего мира.
