Что произошло, когда химики впервые собрали клетку с нуля из неживых молекул?

На протяжении многих лет человечество задавалось вопросом: в какой момент обычный набор химических веществ превращается в живое существо? Долгое время биологи могли максимум менять особенности некоторых организмов, но недавно американские исследователи смогли показать, как выглядит жизнь с нуля в лабораторных условиях. Их разработка, получившая название SpudCell, способна питаться, расти, копировать свою ДНК и даже конкурировать за ресурсы. Эта искусственная клетка создана полностью из неживых компонентов.

Искусственная клетка умеет многое, но живой ее пока назвать сложно

Как устроена искусственная клетка SpudCell

На протяжении десятилетий попытки создать синтетическую жизнь сводились к модификации уже существующих организмов. Например, когда ученые создали новый вид бактерий переваривающий пластик, они брали живую базу и редактировали ее геном. Точно так же поступали и в 2010 году, когда исследователи впервые запустили химически синтезированный геном внутри живой бактериальной оболочки.

Подход со SpudCell радикально отличается, потому что это сборка «снизу вверх». Базовая искусственная клетка работает как пузырек, состоящий из жировых молекул. Внутри этого крошечного шарика плавает синтетическая ДНК и система для производства белков.

Геном такой системы предельно мал, всего около 90 000 пар оснований. Для сравнения, это в десятки раз меньше, чем у обычной бактерии, не говоря уже о человеке. Генетические инструкции распределены по отдельным фрагментам ДНК, что делает конструкцию удобной для настройки, но при этом довольно хрупкой.

Будь в курсе новых событий по максимуму — подписывайся на наш канал в Max!

Как искусственная клетка растет и делится сама

Одной из главных проблем в биоинженерии всегда было заставить неживую систему делиться. В природе микроорганизмы используют для этого сложный внутренний каркас. Однако искусственная жизнь делится иначе, за счет чисто механического напряжения.

Чтобы SpudCell могла расти, в питательную среду добавляют вспомогательных кормильцев. Они сливаются с главной клеткой, поставляя ей необходимые липиды, ферменты и материалы для строительства.

Когда клетка накапливает достаточное количество поверхностных белков, они начинают тесниться на мембране. В результате возникает сильное механическое давление, которое буквально заставляет липосому разорваться надвое, образовав новое поколение. В ходе экспериментов те системы, которые производили больше таких белков, делились эффективнее и в итоге вытесняли конкурентов.

Читайте также: Жизнь на Земле появилась благодаря счастливой случайности

Главные отличия искусственной клетки от настоящей

Несмотря на впечатляющие результаты, исследователи избегают называть свое творение по-настоящему живым. Лабораторная клетка критически зависит от помощи извне и не может существовать за пределами лабораторных условий.

Вот почему искусственная клетка пока уступает настоящей:

• Она не умеет самостоятельно создавать рибосомы, молекулярные машины для сборки белков. Их приходится поставлять извне;
• Процесс размножения идет очень медленно. Если кишечная палочка в хороших условиях делится за полчаса, то SpudCell тратит на это около 12 часов;
• Система накапливает генетические ошибки. При делении дочерние клетки не всегда получают полный набор ДНК, из-за чего спустя несколько поколений популяция полностью погибает;
• Пузырек не способен самостоятельно очищаться от отходов и управлять собственным обменом веществ.

Зачем ученым понадобилась искусственная жизнь с нуля

Казалось бы, если природные микроорганизмы работают быстрее и надежнее, зачем собирать сложные системы из реагентов? Ответ кроется в контроле. Настоящие биологические объекты — это результат миллиардов лет эволюции, и они несут в себе колоссальный объем лишнего генетического багажа.

По словам авторов проекта, когда вы собираете систему самостоятельно, вы знаете точный состав каждого компонента. Известны все молекулы и их концентрации. Это превращает биологию в точную инженерную дисциплину.

В перспективе такие полностью контролируемые микрофабрики изменят мир. Медицина будущего сможет использовать подобные программируемые платформы для точечной доставки лекарств прямо к опухолям. В них можно будет безопасно производить новые материалы, топливо или пищевые белки, не боясь, что клетка мутирует и начнет вести себя непредсказуемо.

Безопасность и будущее синтетических клеток

Любые новости о создании организмов в пробирке вызывают опасения, но эксперты по биобезопасности спокойны. Нынешняя версия разработки абсолютно беззащитна перед внешней средой и не представляет угрозы для человека.

Следующий шаг для ученых это создание версии 2.0. Главная задача заключается в том, чтобы научить систему самостоятельно строить рибосомы и лучше передавать генетический материал по наследству.

Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем Telegram-канале. Подпишитесь прямо сейчас!

Если это удастся, наука получит идеальную инженерную платформу. И хотя пока это образование не является ни обычной химией, ни полноценным живым существом, оно заставляет нас совершенно по-новому взглянуть на то, как именно работают законы биологии.