Впервые удалось заставить крошечные белковые фабрики, или рибосомы, самовоспроизводиться вне живой клетки. Это достижение - важнейший шаг к созданию самовоспроизводящихся искусственных клеток с нуля и пониманию того, как первые живые существа начали воспроизводить себя.
Рибосомы - это место, где генетический код переводится в белки - сложные молекулы, составляющие механизм живых клеток. Многие исследователи считают, что для того, чтобы зародилась самая ранняя жизнь, рибосомы должны были быть способны собираться и воспроизводиться еще до появления клеток.
Но самовоспроизведение рибосом - невероятно сложный процесс, включающий около 200 типов молекул, собирающихся вместе правильным образом, поэтому ученые изо всех сил пытались добиться этого в лаборатории. "Рибосомы несут полную ответственность за синтез белка во всех известных формах жизни. Как рибосомы самовоспроизводятся - большой вопрос", - говорит Ватару Аоки из Киотского университета в Японии.
Теперь Аоки и его коллеги наконец-то восстановили условия, необходимые для того, чтобы рибосомы могли реплицироваться вне клетки - после семи лет работы над оптимизацией реакционной смеси.
Исследователи поместили ДНК, кодирующую компоненты рибосом, вместе с рибосомами, полученными из клеток E. coli в пробирку. К этому они добавили усовершенствованную версию жидкости, или цитоплазмы, выделенной из клеток кишечной палочки.
Руководствуясь искусственным интеллектом, исследователи создали точный молекулярный коктейль, который запускал самовоспроизведение рибосом. Победная формула позволила рибосомам производить новые клетки в течение 3 часов (bioRxiv, doi.org/gqsg5w). "Мы подозревали, что это было ложное срабатывание. Однако, сколько бы раз мы ни повторяли эксперимент и ни анализировали его с других позиций, мы обнаружили, что сигнал действительно наблюдается", - говорит Аоки.
Неясно, самовоспроизводится ли затем новое поколение рибосом и сколько раундов репликации возможно. "Зарождающиеся рибосомы могут самовоспроизводиться, чтобы произвести другой набор рибосом. Однако в настоящее время нет хорошего способа разделить сигналы [между этими поколениями рибосом]", - говорит Аоки, чья команда работает над решением этого вопроса.
Также потребуется дальнейшая работа, чтобы точно определить все компоненты клеточного экстракта E. coli, которые важны для реакции.
Тем не менее, это достижение - большой шаг вперед. "Возможность сконструировать рибосому, которая создает копию самой себя вне живой клетки, - это огромная веха в результате большого инженерного подвига", - говорит Кейт Адамала из Университета Миннесоты. "Это важно не только для создания синтетических клеток, но и для изучения происхождения жизни". "Это действительно захватывающая работа", - говорит Ян ван Хест из Эйндховенского технологического университета в Нидерландах. "Рибосомы - одна из самых сложных машин в наших клетках.
Создание их в пробирке решает один из камней преткновения для создания самовоспроизводящихся искусственных клеток". Научиться создавать искусственные клетки может помочь ученым в разработке новых инструментов исследования и методов лечения.