Крок до штучного життя: вчені вперше створили синтетичну клітину з нуля

Дослідники з Університету Міннесоти здійснили справжній прорив у біоінженерії, створивши першу в історії повністю синтетичну клітину з неживих хімічних елементів. Цей унікальний штучний організм здатний самостійно проходити повний життєвий цикл, включаючи процеси росту та репродукції.

Успіх цього експерименту доводить, що базові механізми живих систем можуть функціонувати на основі чистої хімії без специфічних біологічних факторів. Як зазначає sciencealert.com, новий проєкт, який отримав назву SpudCell, суттєво розсуває межі уявлень про мінімальну кількість генетичного матеріалу, необхідного для підтримання життєдіяльності.

Хоча розробка ще має пройти етап офіційного рецензування, вона вже відкриває принципово нові горизонти для створення штучних біологічних платформ.

Суть прориву та генетичний мінімалізм

Головне досягнення авторів проєкту полягає в тому, що вони змогли відтворити в хімічній моделі поведінку, яка раніше вважалася виключно прерогативою живої біології. Штучна конструкція під назвою SpudCell функціонує на базі геному, що містить лише 90 тисяч пар нуклеотидів.

Це відкриття ламає попередні наукові стереотипи. Раніше вчені вважали, що для забезпечення життєдіяльності навіть найпростішої клітини потрібно не менше 113 кілобаз генетичної інформації. Для порівняння, людський геном є масштабнішим у мільйони разів, що підкреслює максимальну лаконічність і простоту інженерного рішення SpudCell.

Анатомія штучної клітини

Конструкція SpudCell є максимально спрощеною, але ефективною. Вона складається з таких елементів:

• Ліпосома – жирова сфера, яка виконує роль зовнішньої клітинної мембрани.
• Сім плазмід – невеликих кільцевих молекул ДНК, які сукупно формують весь компактний геном системи.
• Вбудована система експресії білків – внутрішній механізм, який зчитує генетичні інструкції та перетворює їх на реальні дії.

Завдяки такому набору компонентів штучний об'єкт здатний поглинати поживні речовини з навколишнього середовища, трансформувати їх у будівельний матеріал і запускати процес клітинного поділу.

Попри сенсаційність, проєкт зіткнувся з критикою під час спроб публікації у престижних наукових виданнях. Зокрема, деякі рецензенти зазначили, що систему не можна вважати повноцінним біологічним життям.

SpudCell дійсно має низку суттєвих обмежень:

• Відсутність еволюційного потенціалу: клітина не здатна реплікуватися протягом багатьох поколінь поспіль.
• Залежність від середовища: вона не може самостійно виробляти систему експресії білків чи регулювати метаболізм, повністю покладаючись на компоненти розчину, в якому перебуває.
• Спрощена структура: у неї немає цитоскелета (внутрішнього каркаса), що ускладнює транспортування речовин та очищення від відходів.

Дослідники визнають, що порівняно з природними організмами SpudCell має дуже повільний цикл ділення та занадто енерговитратний обмін речовин.

Створення цієї системи є насамперед доказом концепції, яка демонструє можливість конструювання біологічних процесів за чіткими кресленнями. Оскільки вчені мають повну схему будови SpudCell, цю модель можна використовувати як базове "шасі" для подальших модифікацій – наприклад, додавання внутрішнього каркаса чи складніших метаболічних шляхів.

У перспективі подібні штучні системи можуть стати мініатюрними біологічними фабриками. Їх можна буде запрограмувати на високоефективне виробництво ліків (як-от інсуліну), новітніх біоматеріалів та інших корисних хімічних сполук із набагато більшою точністю, ніж це дозволяють сучасні генетично модифіковані бактерії.

OBOZ.UA писав про цікаві можливості людського мозку, роботу якого досліджували, коли людина перебувала під наркозом.

Підписуйтесь на канали OBOZ.UA в Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.