Ученые из Университета Миннесоты заявляют, что создали первую в истории синтетическую клетку, полностью построенную с нуля, и наблюдали за ее полным «жизненным» циклом, включая размножение.
«Это самое захватывающее и важное, что я когда-либо делала в своей работе, и осознание того, что это действительно происходит, пришло ко мне довольно поздно», — сказала ScienceAlert Кейт Адамала, биолог-синтетик и один из руководителей проекта.
«В химии нам удалось воспроизвести то, что раньше было возможно только в биологии: полный набор клеточных процессов. Это доказывает, что для самых фундаментальных функций жизни, таких как рост и размножение, не нужна таинственная волшебная искра», — говорит она.
Проект называется SpudCell, и его геном составляет всего 90 килобаз (кбп). Для сравнения, геном человека составляет около 3 миллионов кбп, а биологи ранее предполагали, что живой клетке для нормального функционирования потребуется как минимум 113 кбп генетических данных.
По мнению Адамалы и ее коллег, SpudCell, по-видимому, выходит за эти рамки, хотя их исследование еще не было официально опубликовано и не прошло рецензирование.
Но эта информация была опубликована на веб-сайте новой некоммерческой биоинженерной организации Biotic, в создании которой Адамала принимал участие.
Когда Адамала впервые увидела результат, она была в шоке.
«Я была очень рада, почувствовала облегчение и немного насторожилась, потому что всегда перепроверяю результаты несколько раз», — сказала она изданию ScienceAlert.
«К тому моменту, когда все элементы управления, включая дополнительные, уже не вызывали удивления».
Согласно журналу Science , проект SpudCell столкнулся с некоторыми трудностями при публикации: по-видимому, один из рецензентов престижного научного журнала Cell заявил, что проект не является настоящей биологией.
Возможно, это отчасти связано с тем, что SpudCell не совсем соответствует требованиям настоящей «жизни»: он не может размножаться на протяжении многих поколений, а значит, и не может эволюционировать.
«Думаю, биологи могут не в полной мере оценить значимость простоты химической инженерии минимальной клетки», — объяснил Адамала изданию ScienceAlert.
«SpudCell на первый взгляд не представляет собой ничего особенного, если оценивать его по шкале природных биологических систем: у него очень медленный цикл роста и размножения, а также высокоинтенсивный метаболизм».
Каждая искусственная клетка SpudCell состоит из липосомы — сферы из жиров, имитирующей внешнюю мембрану настоящей клетки, — обернутой вокруг семи плазмид, небольших единиц ДНК (часто встречающихся в бактериях), которые несколько отличаются от знакомых вам хромосом.
Вместе эти семь плазмид составляют геном SpudCell, все его 90 кб.
Клетка также оснащена встроенной «системой экспрессии белков», которая преобразует генетические инструкции ДНК в действие. Именно это позволяет клетке превращать питательные вещества, поглощаемые из окружающей жидкости, в полезные материалы и обеспечивает деление клетки.
По словам исследователей, система SpudCell способна к «селекции, репликации генома, росту, получению ресурсов посредством питания и генетически закодированному делению».
Возможно, вы задаетесь вопросом, зачем вообще ученым нужно создавать искусственные клетки с нуля?
Помимо исследования фундаментального вопроса о том, где на самом деле находится порог существования жизни, будущие синтетические клеточные системы потенциально могут быть спроектированы таким образом, чтобы действовать как миниатюрные биологические фабрики, производя органические материалы, такие как лекарства, биоматериалы, химические вещества и другие полезные вещества.
В лабораториях уже используют генетически модифицированные бактерии и другие микроорганизмы таким образом, и это также похоже на то, как производится инсулин медицинского качества.
Полностью синтетическая клетка может обеспечить эффективность и специфичность, превосходящие существующие биотехнологии.
Они также могут оказаться менее полезными, чем творения самой природы.
В настоящее время клетки SpudCells живут не более нескольких поколений. Они не могут производить собственную систему экспрессии белков и не могут регулировать свой метаболизм, поэтому полностью зависят от веществ и компонентов жидкой среды, в которой они плавают.
У этих сгустков также отсутствует цитоскелет — внутренний каркас, поддерживающий естественные клетки. Это упрощает задачу, но также означает, что они не могут перемещать материалы или удалять отходы.
Но эта работа представляет собой концептуальное подтверждение, на основе которого другие ученые смогут строить дальнейшую работу, и за которым мы будем внимательно следить в ближайшие годы.
По теме: Ученые только что создали самую искусственную форму жизни в истории.
«Наша цель — обеспечить полную операционную готовность к разработке биологических технологий», — заявил Адамала изданию ScienceAlert.
«Для этого нам нужно знать, куда устанавливается каждый строительный блок, нам нужен полный чертеж. Именно это предоставляет SpudCell, и ни одна другая известная на данный момент ячейка этого не обеспечивает. У нас есть полная схема, поэтому мы можем проводить инженерные работы на этом шасси».
«Я надеюсь, что другие расширят эту основу, добавив более эффективное деление (кто-нибудь, пожалуйста, добавьте цитоскелет!) и более развитые метаболические пути», — добавила она.
«Тогда я возьму отпуск на год или придумаю что-нибудь ещё безумное, чтобы отпраздновать».
Данное исследование еще не прошло рецензирование, но препринт доступен на веб-сайте компании Biotic.
Данная статья была проверена на достоверность фактами Ребеккой Дайер и отредактирована Клэр Уотсон. Хотя мы гордимся своим процессом, мы всего лишь люди. Если вы обнаружите ошибку, пожалуйста, сообщите нам.
Статьи ScienceAlert пишутся, проверяются на достоверность и редактируются людьми, никогда не создаются искусственным интеллектом. Не пропустите ни одной статьи, подпишитесь здесь.
Новости по теме
-
Кровавые водопады Антарктиды скрывают потусторонний мир, никогда не видевший солнца.
-
Существует научная причина, по которой любимый в Австралии неугомонный тюлень постоянно ломает дорожные конусы.
-
Ученые обнаружили под Аляской тонкую линию землетрясений.