Миннеаполис, США. Исследователи Университета Миннесоты представили SpudCell — собранную снизу вверх клеткоподобную систему, которая в лабораторных условиях получает ресурсы, растёт, копирует ДНК и делится. Авторы называют её первой химически определённой синтетической клеткой, объединившей основные этапы клеточного цикла.
Результаты изложены в 190-страничной рукописи, размещённой 1 июля на сайте некоммерческой организации Biotic. Работа пока не прошла рецензирование, а сама SpudCell не является автономным живым организмом.
Что именно собрали исследователи
SpudCell представляет собой липосому — заполненную водой микроскопическую оболочку из липидов. Внутри находится составной геном размером около 90 тысяч пар оснований, система репликации ДНК и химически определённый набор для синтеза белка PURE.
Выражение «с нуля» означает, что команда не уменьшала и не переделывала целую живую клетку, а собирала систему из отдельных очищенных компонентов. Однако эти компоненты имеют биологическое происхождение: SpudCell использует, в частности, готовые рибосомы и ферменты бактерии E. coli. Это отличается от редактирования генов внутри уже существующих клеток.
Как SpudCell получает ресурсы и растёт
Система не производит основные питательные вещества самостоятельно. Исследователи добавляют «кормовые» липосомы с липидами, сахарами, ферментами, транспортной РНК, рибосомами и другими компонентами. Белок α-гемолизин, синтезируемый по инструкции генома SpudCell, помогает этим пузырькам связываться с мембраной и сливаться с ней.
За счёт слияния мембрана увеличивается, а внутренний объём получает новые ресурсы. При этом у SpudCell нет собственного полноценного обмена веществ, механизма производства рибосом, развитой системы удаления отходов или защиты от среды.
Как копируется геном и происходит деление
ДНК копируется с помощью полимеразы Phi29. В серии опытов с пятью последовательными циклами исследователи после каждого этапа физически проталкивали липосомы через мембранный фильтр, разделяя их механически. Через пять циклов полный набор частей генома сохранился примерно у 30% проанализированных дочерних клеток.
В отдельной серии авторы показали более тесную связь между геномом и делением. SpudCell производила меченый мембранный белок, а добавленные извне линкер и стрептавидин создавали скопление белков на поверхности, изгибали мембрану и запускали разделение. Таким образом, деление зависело от экспрессии гена, но всё ещё требовало внешних реагентов.
Отбор показан, но автономной эволюции нет
Исследователи заранее создали вариант с более сильным промотором T7Max, который производил больше α-гемолизина и эффективнее получал ресурсы. За пять циклов доля этого варианта в смешанной популяции увеличилась. Это демонстрирует конкуренцию и отбор между заранее сконструированными вариантами, но не спонтанную дарвиновскую эволюцию: случайные мутации в опыте не возникали.
Почему SpudCell пока не называют живой
Quanta Magazine приводит оценки независимых исследователей, которые называют работу значительным техническим шагом, но подчёркивают зависимость системы от постоянной доставки ресурсов и готовых рибосом. The Guardian также сообщает, что руководитель проекта Кейт Адамала не считает SpudCell живой клеткой.
В рукописи остаётся и редакционное расхождение: один раздел говорит о восьми плазмидах в геноме, следующий — о семи. Общий размер около 90 тысяч пар оснований указан последовательно, но число отдельных молекул требует уточнения авторами и рецензентами.
Как и в случае с другими заметными результатами, опубликованными сначала в виде препринта, выводы должны пройти независимую проверку и воспроизведение другими лабораториями.
Для чего создана организация Biotic
Одновременно с публикацией результатов Кейт Адамала, биоинженер Стэнфордского университета Дрю Энди и их коллеги запустили некоммерческую организацию Biotic. Она намерена открывать методы и инструменты для исследователей, чтобы ускорить создание более устойчивых синтетических клеток.
В перспективе такие системы могут использоваться для изучения минимальных условий жизни, проверки биологических моделей и создания программируемых биореакторов. Однако применение для производства лекарств, топлива или материалов пока остаётся долгосрочной исследовательской целью, а не готовой технологией.
Источники: проект SpudCell на сайте Biotic, рукопись исследования, Quanta Magazine, The Guardian, Университет Миннесоты.
Изображение создано искусственным интеллектом для Cifrum.kz и является концептуальной научной иллюстрацией. Оно не представляет собой микрофотографию SpudCell и не воспроизводит точную молекулярную структуру эксперимента.
Комментарии к статье