Впервые клетка, собранная с нуля, начала расти и делиться
В лаборатории биолога Кейт Адамалы из Университета Миннесоты команда исследователей впервые собрала полностью синтетическую клетку из неживых компонентов, которая демонстрирует основные функции жизненного цикла клетки. Синтетические клетки, названные в шутку «спудселлз» (spudcells) по полякам, выросли в размере, реплицировали свою ДНК и разделились на дочерние клетки. Это стало самым значительным шагом в синтетической биологии за последние десятилетия.
Процесс создания включал комбинирование нескольких ключевых компонентов: системы репликации ДНК, разработанной Ганнесом Мутшлером и Кристофом Данелоном, набора из 36 ферментов для считывания ДНК и синтеза белков, липидных мембран (липосом), а также вспомогательные везикулы с сахаром, ферментами и рибосомами. Значительным прорывом стало решение проблемы деления клетки: вместо цитоскелета (как в естественных клетках) команда использовала белковые теги, которые заставляли другие белки скапливаться вокруг мембраны и физически изгибать её, вынуждая клетку делиться.
Однако синтетическая клетка далека от независимой жизни: она не может выжить без постоянной поставки пищи и рибосом, не имеет защитных механизмов и системы удаления отходов, не производит собственные рибосомы. Учёные ещё не добились в ней истинного эволюционного процесса, генетических вариаций появляются благодаря манипуляциям исследователей, а не случайным мутациям. Тем не менее, учёные указывают на огромное значение этого достижения: если в естественной клетке всего происходит внутри липидной мембраны, то в синтетической теперь скомбинированы все необходимые системы.
Адамала сравнила достижение со своей командой с историей авиации: «Современная клетка, это как Dreamliner. Мы построили самолёт братьев Райт... первый велосипед с крыльями, который летает 100 футов». Исследователи основали некоммерческую организацию Biotic, чтобы предоставить инструменты синтетической биологии и методы свободного доступа мировому научному сообществу. В перспективе синтетические клетки могут быть использованы для производства биотоплива, удобрений и лекарств, а также для изучения того, как началась жизнь на Земле.
Ключевые факты
- Впервые в истории синтетическая клетка, собранная из неживых компонентов, прошла полный цикл: рост, репликация ДНК и деление
- Команда Кейт Адамалы решила проблему деления клеток, используя белковые теги вместо цитоскелета для физического изгиба мембраны
- Синтетическая клетка полностью зависит от внешней поддержки (поставок рибосом и питательных веществ) и не является самостоятельно живой
- Исследователи создали организацию Biotic для открытого доступа к методам и данным, позволяя другим учёным улучшать синтетические клетки
- Следующая цель, добиться в синтетических клетках истинной эволюции через случайные мутации, а не искусственные модификации
Почему это важно
Это первый полный цикл жизни, воспроизведённый в лаборатории из неживых компонентов. На протяжении десятилетий биологи пытались создать синтетическую клетку, но большинство попыток застревали на одном из этапов: рост, репликация ДНК или деление. Адамала преодолела все три. Это подтверждает возможность создать жизнь из химии и даёт первый реальный прототип для изучения минимальных требований к живой системе. Как отметил Джек Сзостак (Nobel Prize winner в исследованиях происхождения жизни), это самое дальнейшее продвижение в этой области.
Кому это важно
Синтетические биологи, которые ищут ответы на фундаментальные вопросы: что такое жизнь, каков её минимум, как она могла возникнуть. Специалисты в области биотехнологии, видящие потенциал для производства новых материалов и лекарств. Исследователи эволюции и происхождения жизни, получившие инструмент для экспериментирования. Компании биотехнологической отрасли, которые могут использовать открытые методы через организацию Biotic для разработки новых биопроцессов.
Как это применить
Синтетические клетки могут быть модифицированы для производства биотоплива, устойчивых пластиков, удобрений и фармацевтических продуктов без использования ископаемых углеводородов. Поскольку все компоненты известны и изменяемы (как сказала Адамала: «I have a blueprint, I have a full chemical ingredient list»), исследователи могут переключать компоненты и проводить контролируемые эксперименты. Это может ускорить разработку биомедицинских решений, позволяя учёным изучать заболевания в контролируемых синтетических системах. В отдалённой перспективе такие клетки помогут понять, можно ли создавать новые формы жизни с неожиданными свойствами.
Можно ли доверять
Источник, Quanta Magazine, издание о фундаментальной науке, обладающее хорошей репутацией в научном сообществе. Исследование возглавляет Кейт Адамала, учёная с установленной репутацией, работавшая под руководством Джека Сзостака. Независимые эксперты в интервью источнику (Job Boekhoven из TU Munich, Michael Lynch из Arizona State, Sijbren Otto из Stratingh Institute) подтверждают значимость работы. Однако статья отмечает: исследование ещё не прошло peer-review. Видеоподтверждение деления и роста синтетических клеток, судя по описанию, существует и воспроизводимо в лабораториях других групп благодаря открытым методам.
Риски и подводные камни
Синтетическая клетка не обладает истинной эволюцией, генетические вариации создаются искусственно, а не через случайные мутации. Клетка полностью зависит от постоянных поставок рибосом, сахара и других молекул извне, что ограничивает её практическое применение. Нет собственных механизмов защиты от окружающей среды и удаления отходов. В отличие от естественных клеток (и даже геномно-минимизированных бактерий), это всё ещё огромный скачок от применения в реальном производстве. Исследователи, в том числе сама Адамала, осторожны в прогнозах: потребуются годы, чтобы приблизиться к автономности естественных живых систем.
««Это большой шаг вперёд к святому Граалю создания живого существа из неживых компонентов. Это ещё не полностью там, но определённо становится очень близко.»»
— Сийбрен Отто, системный химик из Stratingh Institute (Нидерланды)