Исследователям удалось вырастить клетки животных, способные получать энергию с помощью фотосинтеза. Этот ранее считавшийся невозможным эксперимент стал возможным благодаря двум ключевым элементам: красным водорослям и клеткам хомяка.
В отличие от растений, которые используют фотосинтез для получения энергии через хлоропласты, преобразующие солнечный свет в жизненно важную энергию, животные не могут естественным образом производить хлоропласты. Долгое время создание гибридных клеток, способных черпать энергию или питательные вещества (кроме витамина D) из солнечного света, считалось невозможным. Однако исследование, проведенное учеными из Токийского университета и опубликованное в Proceedings of the Japan Academy, показывает, что в будущем фотосинтезирующие клетки животных могут стать реальностью.
«Мы ожидали, что хлоропласты будут разрушены животными клетками в течение нескольких часов после их введения, — рассказал Сачихиро Мацунага, ведущий автор исследования. — Однако они сохранили свою функциональность до двух дней, и мы зафиксировали процесс транспорта электронов в ходе фотосинтеза».
В ходе эксперимента команда Мацунаги извлекла хлоропласты из красных водорослей и внедрила их в клеточные культуры, взятые у хомяков. Состояние и рост клеток отслеживали с помощью различных методов микроскопии, включая электронную, конфокальную и суперразрешающую. Для измерения фотосинтетической активности ученые использовали метод импульсной амплитудной модуляции флуорометрии, который позволил зафиксировать транспорт электронов. При освещении клетки с хлоропластами действительно генерировали энергию через фотосинтез.
«Насколько нам известно, это первый случай успешного обнаружения фотосинтетического транспорта электронов в хлоропластах, внедренных в клетки животных», — отметил Мацунага.
Модифицированные клетки демонстрировали ускоренный рост в течение двух дней, что указывает на то, что хлоропласты обеспечивали их углеродным питанием. Хотя в будущем подобные технологии могут позволить людям получать часть питания просто за счет солнечного света, текущие результаты имеют более прикладное значение. Тем не менее, они открывают многообещающие перспективы для ученых и медицины.
Мацунага отметил, что в лабораторно выращенных тканях, таких как искусственные органы, трансплантационные покрытия для кожи или искусственное мясо, клетки часто сталкиваются с недостатком кислорода (гипоксией), что препятствует их росту и выживанию. Если удастся внедрить хлоропласты в такие клетки, они смогут производить кислород через фотосинтез под воздействием света. Это упростит, удешевит и сделает более экологичным производство клеточных культур.
Авторы исследования считают, что такие достижения уже не кажутся фантастикой. Например, ученые ранее успешно модифицировали метаболизм у бактерий E. coli и дрожжей, чтобы те могли фиксировать углерод — преобразовывать неорганический углерод в органические соединения для хранения энергии. Если дополнительно модифицировать геном клеток для поддержания фотосинтеза, в будущем продукты этого процесса могут быть интегрированы в метаболизм клеток млекопитающих.
Мацунага оптимистично смотрит в будущее:
«Мы верим, что “планимальные” клетки станут революционным достижением, которое поможет нам приблизиться к “зеленой трансформации” и углеродно-нейтральному обществу».