Ученые из Миннесотского университета во главе с профессором Кейт Адамалой объявили о создании первой клетки, способной к размножению. Многостраничное исследование опубликовала некоммерческая организация Biotic, основанная исследователями во избежание монополизации технологии частными компаниями.
SpudCell представляет собой липосому — защищенную жировой мембраной микрокаплю, наполненную химическими реагентами и фрагментами ДНК, кодирующими всего 36 генов. Она может расти, сливаясь с другими каплями, реплицировать свой геном и делиться — хотя до полноценной жизни ей пока далеко.
Одним из самых существенных препятствий на пути к созданию жизни из неживой материи остается сложность объединения в одной системе клеточных функций, требующих различных условий — таких, как питание или размножение.
«Возможность собрать все эти модули вместе в одной синтетической клетке — это то, чего ждало все научное сообщество», — говорит системный химик Йоб Букховен из Мюнхенского технического университета.
Но сначала нужно, чтобы статья прошла рецензирование, добавляет он. А с этим у авторов сложности, признается Адамала: в журнале Cell работу отклонили, объяснив, что это «не настоящая биология».
Построить искусственные клетки с нуля можно, либо взяв либо уже существующие молекулы жизни — ДНК и жирные кислоты, например, — либо получив синтетические строительные блоки. SpudCell идет по первому пути, полагаясь на систему PURE, разработанную десятилетия назад. Это своего рода базовый набор биомолекул, включая белки и рибосомы, необходимых для транскрипции ДНК в матричную РНК и трансляции РНК в белки. Другие исследователи уже помещали эти строительные блоки в липосомы, чтобы создать системы с некоторыми базовыми функциями клетки, например, способностью производить белки.
«Но [эти капли] не могли питаться и делиться на основе своего генома», — подчеркивает Адамала.
Что умеет синтетическая клетка SpudCell
Разработчики SpudCell наделили его крошечный геном (в 50 раз меньше, чем у типичной бактерии) генами, которые позволяют производить специальные молекулярные метки и выставлять их на поверхность капли. Там они служат точками прикрепления для везикул — пузырьков с ферментами и питательными веществами.
В геноме SpudCell закодирован также механизм деления — еще один тип поверхностной метки под названием FLAG может связываться со стрептавидином. Это соединение регулирует отталкивание между молекулами, и при достаточном количестве может буквально разорвать липосому на две части.
«Примитивно, насколько вообще возможно», — говорит профессор.
Она не отрицает, что новая «искусственная жизнь» пока полна недостатков и ограничений. Делению микрокапель на первых порах приходилось помогать механически, проталкивая их через мембрану с крошечными отверстиями; при этом из-за неаккуратных разрывов реплицированных геномов только 30% SpudCell сохраняли полный геном после пяти циклов размножения. Рибосомы в клетках деградируют, а механизма для образования новых в них нет.
Тем не менее, SpudCell — это «поворотный момент», уверен синтетический биолог Дрю Энди: «Это доказывает, что, собрав воедино четыре или пять разных достижений из разных областей, мы с трудом, но можем заставить эту штуку расти и делиться».
Изначально коллеги Адамалы хотели назвать творение лаборатории в ее честь. «Назовите это как угодно, хоть картошкой, только не моим именем», — ответила она им.
Так и поступили (Spud на сленге означает «картофелина» — отсылка к картофельному крахмалу, из которого изначально делали липосомы). К тому же созвучно с русским «спутник», который тоже был революционным прорывом.
Чего новой синтетической жизни пока не хватает
Поскольку компоненты SpudCell хорошо изучены, есть возможность ее постепенного улучшения, объясняет биолог: «Это неэффективно, но мы точно знаем, как она устроена».
На потенциал развития указывают и результаты экспериментов. В одном из них в клетки внедрили генетическую мутацию для увеличения концентрации меток, притягивающих везикулы с питанием на поверхности — и такие клетки обошли по численности своих немутировавших собратьев. Через пять «поколений» около 60% геномов несли эту мутацию.
«Интересная работа. Но я не думаю, что мы близки к созданию полностью синтетической клетки», — оценила профессор Серафин Вегнер из Мюнстерского университета.
В любом случае, появился фундаментальный задел для разработок — не только искусственной жизни, но и как инженерная платформа для биомолекулярных исследований — потому авторы и сделали свои результаты максимально открытыми.
Создана первая полностью искусственная бактерия
Биоинженеры впервые создали искусственные органеллы в бактериях
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX