Ученые из Университета Миннесоты заявили, что создали первую синтетическую клетку, полностью собранную с нуля. По их словам, она смогла пройти целый «жизненный» цикл, включая рост и деление.
Проект получил название SpudCell. Его геном состоит всего из 90 килобазных пар. Для сравнения, человеческий геном насчитывает около 3 миллионов килобазных пар, а раньше биологи предполагали, что для нормальной работы живой клетки нужно минимум 113 килобазных пар генетической информации.
Один из руководителей проекта, синтетический биолог Кейт Адамала, назвала эту работу самым важным и захватывающим делом в своей карьере. По ее словам, ученым удалось химически воспроизвести то, что раньше считалось возможным только в биологии: базовое поведение клетки — рост и репликацию.
Но вокруг открытия пока много осторожности. Исследование еще не опубликовано в научном журнале и не прошло рецензирование. Оно размещено на сайте новой некоммерческой биоинженерной организации Biotic, одним из основателей которой стала Адамала.
Сама ученая признается, что сначала отнеслась к результату с подозрением. Она была рада и почувствовала облегчение, но продолжала перепроверять данные снова и снова. Только после всех контрольных проверок результат перестал казаться неожиданным.
Публикация работы тоже столкнулась с трудностями. По данным Science, один из рецензентов журнала Cell заявил, что проект «не является настоящей биологией». И в этом есть спорный момент: SpudCell пока не полностью соответствует критериям настоящей жизни. Она не может стабильно размножаться на протяжении многих поколений, а значит, не способна эволюционировать.
Каждая искусственная SpudCell состоит из липосомы — жировой сферы, которая имитирует внешнюю мембрану настоящей клетки. Внутри находятся семь плазмид — небольших единиц ДНК, часто встречающихся у бактерий. Вместе они и образуют весь геном SpudCell.
Кроме того, клетка получила встроенную систему экспрессии белков. Она переводит генетические инструкции ДНК в действие. Благодаря этому SpudCell может использовать питательные вещества из окружающей жидкости, превращать их в нужные материалы и запускать деление.
По словам исследователей, система способна к отбору, репликации генома, росту, получению ресурсов через питание и генетически закодированному делению.
Зачем вообще создавать искусственные клетки? Один ответ — понять, где проходит граница между химией и жизнью. Другой — практический. В будущем такие клеточные системы могут стать мини-фабриками для производства лекарств, биоматериалов, химических веществ и других полезных продуктов.
Похожие задачи уже выполняют генетически модифицированные бактерии и другие микробы. Например, так получают медицинский инсулин. Но полностью синтетическая клетка теоретически может дать больше точности и эффективности, чем существующие биотехнологии. Хотя не исключено и обратное: природные решения могут оказаться лучше.
Пока SpudCell живет недолго — не больше нескольких поколений. Она не умеет самостоятельно производить собственную систему экспрессии белков и не регулирует свой метаболизм. Поэтому полностью зависит от веществ и компонентов в жидкости, где находится.
У нее также нет цитоскелета — внутреннего каркаса, который поддерживает природные клетки. Это упрощает конструкцию, но одновременно лишает ее важных возможностей: клетка не может нормально перемещать материалы внутри себя и избавляться от отходов.
И все же SpudCell важна как доказательство концепции. Ученые получили систему, которую можно изучать и дорабатывать. Адамала говорит, что цель проекта — научиться полноценно проектировать биологию. Для этого нужен полный чертеж: понимание того, где находится каждый строительный блок. Именно это, по ее словам, SpudCell и дает.
Теперь исследователи надеются, что другие ученые смогут улучшить эту основу: добавить более надежное деление, встроить цитоскелет и усилить метаболические пути. Тогда искусственная клетка станет еще ближе к тому, что мы привыкли называть жизнью.
