Шаг к искусственной жизни: ученые впервые создали синтетическую клетку с нуля

Исследователи из Университета Миннесоты совершили настоящий прорыв в биоинженерии, создав первую в истории полностью синтетическую клетку из неживых химических элементов. Этот уникальный искусственный организм способен самостоятельно проходить полный жизненный цикл, включая процессы роста и размножения.

Успех этого эксперимента доказывает, что базовые механизмы живых систем могут функционировать на основе чистой химии без специфических биологических факторов. Как отмечает sciencealert.com, новый проект, получивший название SpudCell, существенно расширяет границы представлений о минимальном количестве генетического материала, необходимого для поддержания жизнедеятельности.

Хотя разработка ещё должна пройти этап официального рецензирования, она уже открывает принципиально новые горизонты для создания искусственных биологических платформ.

Суть прорыва и генетический минимализм

Главное достижение авторов проекта заключается в том, что им удалось воспроизвести в химической модели поведение, которое ранее считалось исключительной прерогативой живой биологии. Искусственная конструкция под названием SpudCell функционирует на основе генома, содержащего всего 90 тысяч пар нуклеотидов.

Это открытие разрушает прежние научные стереотипы. Ранее ученые считали, что для обеспечения жизнедеятельности даже самой простой клетки требуется не менее 113 килобаз генетической информации. Для сравнения: человеческий геном в миллионы раз больше, что подчеркивает максимальную лаконичность и простоту инженерного решения SpudCell.

Анатомия искусственной клетки

Конструкция SpudCell максимально упрощена, но эффективна. Она состоит из следующих элементов:

• Липосома – жировая сфера, выполняющая роль внешней клеточной мембраны.
• Семь плазмид – небольших кольцевых молекул ДНК, которые в совокупности формируют весь компактный геном системы.
• Встроенная система экспрессии белков – внутренний механизм, который считывает генетические инструкции и преобразует их в реальные действия.

Благодаря такому набору компонентов искусственный объект способен поглощать питательные вещества из окружающей среды, преобразовывать их в строительный материал и запускать процесс клеточного деления.

Несмотря на сенсационность, проект столкнулся с критикой при попытках публикации в престижных научных изданиях. В частности, некоторые рецензенты отметили, что систему нельзя считать полноценной биологической жизнью.

SpudCell действительно имеет ряд существенных ограничений:

• Отсутствие эволюционного потенциала: клетка не способна реплицироваться на протяжении многих поколений подряд.
• Зависимость от среды: она не может самостоятельно вырабатывать систему экспрессии белков или регулировать метаболизм, полностью полагаясь на компоненты раствора, в котором находится.
• Упрощённая структура: у неё нет цитоскелета (внутреннего каркаса), что затрудняет транспортировку веществ и очистку от отходов.

Исследователи признают, что по сравнению с природными организмами SpudCell имеет очень медленный цикл деления и слишком энергозатратный обмен веществ.

Создание этой системы – прежде всего доказательство концепции, демонстрирующее возможность конструирования биологических процессов по четким чертежам. Поскольку ученые располагают полной схемой строения SpudCell, эту модель можно использовать в качестве базового "шасси" для дальнейших модификаций — например, добавления внутреннего каркаса или более сложных метаболических путей.

В перспективе подобные искусственные системы могут стать миниатюрными биологическими фабриками. Их можно будет запрограммировать на высокоэффективное производство лекарств (таких, как инсулин), новейших биоматериалов и других полезных химических соединений с гораздо большей точностью, чем это позволяют современные генетически модифицированные бактерии.

OBOZ.UA писал об интересных возможностях человеческого мозга, работу которого исследовали, когда человек находился под наркозом.

Подписывайтесь на каналы OBOZ.UA в Telegram и Viber, чтобы быть в курсе последних событий.