Ученые разработали искусственную клетку SpudCell, обладающую полноценным жизненным циклом. Ранее создание целиком синтетического живого организма считалось областью научной фантастики, но новая разработка успешно воспроизводит такие процессы, как потребление ресурсов, рост, копирование генома и деление. Работа размещена на сервере biorxiv.org.
Ученые создали первую в мире искусственную клетку, способную расти и размножаться
Исследователи из Университета Миннесоты создали SpudCell — первую в мире синтетическую клетку, способную расти и размножаться. Она полностью сконструирована из неживых химических компонентов и не нуждается в клеточном скелете для деления. Это открытие доказывает возможность воссоздания фундаментальных процессов жизни химическим путем и открывает огромные перспективы для медицины и индустрии.
Изображение липосом SpudCell в режиме сверхвысокого разрешения с инкапсулированным геномом и активной экспрессией белка. Orion Venero/Adamala Lab
Минимальный геном. Идея создания минимального генома волнует науку давно. В 2016 году Институт Крейга Вентера создал бактерию JCVI-syn3.0 с геномом из 473 генов, но она была получена путем урезания существующего живого организма. Проект SpudCell уникален тем, что собран с нуля из неживой материи и имеет еще меньший генетический объем. Это приближает науку к разгадке тайны зарождения жизни на Земле.
Уникальность клетки заключается в том, что она делится без использования цитоскелета — внутреннего каркаса, который всегда был главным препятствием для инженеров. Вместо этого белки скапливаются на поверхности мембраны, создавая механическое напряжение, заставляющее клетку разделяться. Кроме того, система демонстрирует способность к естественному отбору: варианты клеток с измененным геномом, которые росли быстрее, успешно вытеснили первоначальную версию в условиях ограниченных ресурсов.
Клетка SpudCell, собранная из неживых химических компонентов, находится в процессе деления.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Секрет функционирования SpudCell кроется в ее минималистичной и модульной структуре. Программирующий работу клетки геном составляет всего 90 тысяч пар оснований, что меньше предсказанного учеными минимума для живых систем. (Для сравнение в минимальном геноме, собранном из живых компонент в лаборатории Крейга Вентера было 531 560 пар оснований). Геном SpudCell разделен на семь отдельных плазмид ДНК, что позволяет настраивать различные функции независимо друг от друга.
Перспективы технологии и международное сотрудничество
Схема сборки SpudCell.
«Это, вероятно, самый захватывающий проект, над которым я когда-либо работала, — отметила соавтор работы Кейт Адамала. — Мы воссоздали с помощью химии то, что раньше было возможно только в биологии: полный набор поведенческих реакций клетки. Это доказывает, что самые фундаментальные функции жизни, такие как рост и размножение, не требуют таинственной и магической "искры жизни"».
Для масштабирования успеха авторы запускают общественный институт Biotic. Его цель — создать открытую технологическую инфраструктуру, чтобы исследователи со всего мира могли использовать SpudCell как общую платформу для решения глобальных медицинских и инженерных задач.
В будущем искусственные клетки позволят совершить революцию в производстве медикаментов и материалов. Вместо энергоемкой и агрессивной промышленной химии ученые смогут использовать управляемые биологические платформы. Это откроет путь к созданию точнейших лекарств нового поколения, использующих не встречающиеся в природе аминокислоты, а также к экологически чистому синтезу сложнейших веществ при обычных температурах.
Загружаем