Несколько лет назад американские генетики создали синтетический микроорганизм, содержащий минимальное число генов. Теперь японские ученые научили эти клетки передвигаться: оказалось, для этого достаточно всего пары дополнительных белков.
Полет и бег, ползание и плавание — любая форма активного движения начинается с отдельных клеток. Однако эволюционное происхождение клеточной подвижности остается неясным. Некоторые аспекты этого процесса раскрывает новая работа биологов из Городского университета Осаки, которым удалось создать синтетический организм, способный активно перемещаться в жидкости. Статья профессора Макото Мияты (Makoto Miyata) и его коллег опубликована в журнале Scientific Advances.
Предполагается, что первые попытки микробов двигаться были связаны с работой белков, которые выполняют совершенно другие и важные функции, включая актин и тубулин — белки клеточного скелета. В силу каких-либо мутаций те деформации, которые претерпевают эти молекулы при работе, начали усиливаться и стали менять форму всей клетки, позволяя ей перемещаться. Эту гипотезу и решили проверить японские биологи.
Для этого они использовали искусственные микробы JCVI-syn-3b — вариант синтетических организмов, которые несколько лет назад создала команда американского генетика Крэга Вентера (Craig Venter) на основе микоплазмы. Эти клетки известны тем, что содержат лишь минимальный набор генов, необходимых для метаболизма, ровным счетом 473, и не несут ничего «лишнего», включая активное движение.
Гены, которые для этого нужны, японские ученые позаимствовали у бактерий Spiroplasma, способных перемещаться, «переключая» клеточный скелет из одного состояния в другое и ввинчиваясь в жидкую среду, словно гибкие штопоры. Этот процесс обеспечивается работой семи белков, производных цитоскелетного белка MreB из семейства актинов. Именно их гены биологи внесли в ДНК синтетического микроба syn-3.
Модифицированные клетки syn-3 приобрели спиралевидную форму и действительно оказались способны к активному движению за счет деформаций, как это делают спироплазмы. Более того, избирательно отключая у них новые гены, ученые показали, что для достижения того же эффекта может быть достаточно всего двух белков — комбинации MreB4 и MreB5 либо MreB1 и MreB5. Оснащенные такой парой клетки syn-3 сохраняли ту же способность перемещаться.