Про создание искусственных форм жизни написано огромное количество фантастических романов. В принципе, работы, отдалённо относящиеся к синтезированию искусственной жизни, начались довольно давно, но настоящим прорывом можно считать относительно недавнее исследование 2010 года, в ходе которого был создан первый синтетический геном бактерии, после которого последовало ещё больше удивительных открытий.
В 2017 году учёные поразили мир, создав первый в мире жизнеспособный полусинтетический организм, а вслед за ним пять синтетических хромосом (результаты исследований опубликованы в семи статьях: первая, вторая, третья, четвёртая, пятая, шестая и седьмая). Более того, недавно полусинтетическая бактерия впервые «породила» совершенно новый белок.
Новая работа исследователей из университета Принстона продемонстрировала следующий шаг к созданию искусственной жизни. Команда показала, что один из новых синтетических белков может функционировать как фермент и участвовать в биологических реакциях.
Самым распространённым модельным организмом в большинстве микробиологических экспериментов является кишечная палочка (Escherichia coli). Именно для этой бактерии профессор Майкл Хехт (Michael Hecht) вместе с коллегами создавал искусственные белки, которые кодируются синтетическими генами и в длину составляют около 100 аминокислот.
Как известно ещё из школьного учебника биологии, любая жизнь – это система биохимических реакций и катализаторов, проще говоря, ускорителей этих реакций. Всё дело в том, что сами по себе реакции проходят недостаточно быстро для поддержания жизненно важных процессов в организме, потому-то и необходимы катализаторы – белковые молекулы, известные как ферменты, или энзимы.
«Они – лучшие катализаторы во Вселенной, потому что эволюция потратила миллиарды лет, отбирая их. Ферменты могут увеличить скорость реакции на много порядков», — рассказывает профессор Хехт.
Его команда ещё в 2011 году создала небольшое количество искусственных белков. затем целых шесть лет понадобилось на то, чтобы выяснить вероятные механизмы их функционирования.
Учёные обнаружили четыре гена, после удаления которых бактерии утрачивали важнейшие функции, такие, например, как возможность производить фермент Fes, который клетки используют для получения железа и без которого не смогут выжить. Первая часть открытия заключается в том, что искусственные белки смогли реанимировать погибающий микроорганизм.
И если пара синтетических белков просто заменили природные и помогали клеткам осуществлять процессы жизнедеятельности, то третий выступил в качестве фермента, который поспособствовал получению железа.
«Этот искусственный белок Syn-F4 фактически являлся ферментом. Это был невероятный момент для меня – я не хотела ничего говорить, пока не повторила эксперимент несколько раз», — рассказывает ведущий автор исследования Энн Доннелли (Ann Donnelly).
По её словам, в присутствии белка Syn-F4 клетки стали вновь получать железо, образовывая большие здоровые колонии, в то время как без него они едва ли могли поддерживать жизнь, создавая лишь мелкие нездоровые колонии .
«У нас есть совершенно новый белок, который способен поддерживать жизнь, фактически будучи ферментом, и это просто сумасшествие», — комментирует открытие Хехт.
Возможности, которые открываются теперь перед наукой, поистине безграничны, считают авторы. Новые формы жизни могут использоваться для развития медицины, энергетики, пищевой промышленности, а также для исследований в астро- и эволюционной биологии.
«Мы больше не ограничены белками, производимыми природой, и мы можем за несколько месяцев создать белки, для развития которых потребовались бы миллиарды лет», — добавляет глава Института инноваций в области пищевых продуктов и здравоохранения Джастин Зигель (Justin Siegel).
На сегодняшний день геном E. coli является искусственным лишь на 0,1%, но, как только этот показатель достигнет хотя бы 10%, это будет не просто слегка модифицированная бактерия, а новый организм, заключает Хехт.
Статья с результатами этого грандиозного исследования опубликована в Nature Chemical Biology.
Оглавление канала
Подписывайтесь на канал в Telegram, чтобы следить за обновлениями онлайн, и не пропускать интересные новости о науке и технике.