Ученые создали искусственную клетку, которая создает собственную энергию с помощью фотосинтеза

Искусственные клетки, созданные внутри лаборатории, сделали еще один важный шаг вперед: ученые разработали клетки, способные производить собственную химическую энергию и синтезировать части своей конструкции.

Это делает искусственные клетки во многом похожими на настоящие биологические клетки, которые могут естественным образом создавать и организовывать свои собственные строительные блоки.

Это не только может помочь нам понять, как настоящие клетки работают и в первую очередь возникают, но также может быть жизненно важным для множества других областей исследований.

"Я долго пытался сконструировать живую искусственную клетку, особенно концентрируясь на мембранах", - говорит ведущий исследователь Ютэцу Курума из Токийского технологического института в Японии.

"В этой работе наши искусственные клетки были обернуты в липидные мембраны, и внутри них были заключены небольшие мембранные структуры. В данном случае, клеточная мембрана является наиболее важным аспектом формирования клетки".

Липидные мембраны содержали белки АТФ-синтазы и бактериородопсина, очищенные от живых клеток. Они были разработаны для работы в тандеме, чтобы использовать световую энергию для создания разности энергий внутри клетки, а затем использовать эту разность энергий для создания большего количества молекул и большего количества белка.

АТФ снабжает энергией многие биохимические и физиологические процессы в организме и является одним из самых важных для жизнедеятельности веществ. В сутки в теле человека образуется и расходуется до 40 килограммов АТФ.

Во время экспериментов процесс фотосинтеза происходил так, как надеялись ученые. Искусственные клетки имитируют настоящие клетки, создавая РНК-мессенджер (мРНК) из ДНК, а затем образуя белок из мРНК.

Ключевой особенностью здесь является способность клеток вырабатывать эту энергию и самостоятельно синтезировать, что потенциально ведет к созданию независимых искусственных клеток, которые можно поддерживать самостоятельно.

Несмотря на то, что исследование не смогло продублировать весь спектр белков, что может сделать настоящая клетка, исследователи считают, что это может быть достигнуто с помощью обновленной установки.

Ученые говорят, что их работа также может быть важна при изучении протоклеток, которые, как полагают, предшествовали современным клеткам. Как эти протоклетки производили энергию для создания собственного метаболизма? Возможно, ответ на этот вопрос нам дадут искусственные клетки.

Если два мембранных белка могут производить достаточно энергии, чтобы управлять экспрессией генов, как показывает это исследование, то протоклетки могли бы использовать солнечный свет для превращения в то, что мы знаем как современные клетки.

Схематическое изображение процессов роста и деления протоклеток, полученных группой Дж. Шостака.

По мере продолжения исследований мы могли бы достичь и наблюдать переломный момент в развитии клеток, произошедший на ранней Земле. Другие преимущества исследования могут охватывать все, от доставки лекарств до разработки супер-интеллектуальных датчиков, и это еще не все.

"Наша система искусственных фотосинтетических клеток прокладывает путь для создания энергетически независимой искусственной клетки", - пишут исследователи.

источник: https://www.sciencealert.com, Дэвид Нилд