Исследователи Бристольского университета в Великобритании сделали большой шаг вперед в области синтетической биологии, разработав систему, которая выполняет несколько ключевых функций живой клетки, включая генерирование энергии и экспрессию генов. Об этом сообщает портал ScienceAlert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Ученые из Бристольского университета смогли сконструировать искусственную клетку, которая оказалась способной трансформироваться из сферической формы в более естественную – амебоподобную форму – в течение первых 48 часов «жизни». Сам этот факт указывает на то, что протоцитоскелетные филаменты (белковые волокна в цитоплазме большинства клеток высших эукариот) в такой клетке проработали в достаточно длительном масштабе времени.
Следует учитывать, что даже самые простые природные организмы полагаются на бесчисленные биохимические операции, включая весьма сложные механизмы для роста и размножения, и это – основная причина, которая препятствует созданию искусственных структур, близких к тому, что можно было бы счесть «живым».
Пока что ученые сосредоточились на том, чтобы заставить искусственные клетки выполнять лишь какую-либо одну функцию, такую как экспрессия генов, катализ ферментов или активность рибозимов. Если со временем удастся раскрыть секрет индивидуального создания и программирования искусственных клеток, способных более точно имитировать «живые», это может открыть множество возможностей во всем, от производства до медицины.
В качестве более близкой альтернативы исследователи также ищут способы сократить существующие ячейки до фрагментов, которые затем можно реконструировать во что-то относительно новое. По такому пути пошли ученые в Бристоле.
Они использовали две бактериальные колонии – Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa -в качестве источника отдельных элементов. Две этих бактерии были смешаны с пустыми микрокаплями в вязкой жидкости. Одна популяция была захвачена внутри капель, а другая оставалась на поверхности.
Затем ученые вскрыли мембраны бактерий, погрузив колонии в лизоцим (фермент) и мелиттин (полипептид, получаемый из пчелиного яда). Бактерии выплеснули свое содержимое, которое было захвачено каплями, для создания покрытых мембраной протоклеток.
В конечном итоге ученые смогли продемонстрировать, что полученные данным способом клетки способны к сложной обработке, такой как производство молекулы хранения энергии АТФ (это нуклеозидтрифосфат – важный универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах) посредством гликолиза, а также транскрипция и трансляция генов.
«Наш подход к сборке живого материала дает возможность создавать симбиотические живые/синтетические клеточные конструкции от простых к более сложным. Например, с помощью сконструированных бактерий можно будет производить сложные модули для разработки в диагностических и терапевтических областях синтетической биологии, а также в биопроизводстве и биотехнологии в целом», – отметил первый автор исследования, химик Цань Сюй.
В будущем этот вид технологии синтетических клеток можно будет использовать для улучшения производства этанола для биотоплива и пищевой промышленности. В сочетании со знаниями, основанными на продвинутых моделях базовой биологии, открывается возможность смешивать и сопоставлять одни структуры, полностью переделывая другие для разработки совершенно новых систем.
В частности, подобные искусственные клетки таким способом можно запрограммировать на фотосинтез (по образцу наиболее эффективных в этом плане микроорганизмов) или на выработку энергии из химических веществ, как это делают сульфатредуцирующие бактерии.