Исследователи из Университета Миннесоты представили систему под названием SpudCell — синтетическую клетку, способную выполнять полный цикл жизнедеятельности организма: расти, реплицировать ДНК, усваивать питательные вещества, делиться и передавать генетическую информацию «потомкам».
В отличие от ранних разработок, в которых воспроизводились лишь отдельные биологические процессы, SpudCell интегрирует несколько критически важных функций в единую платформу. На текущий момент это одна из самых комплексных моделей «жизнеподобного» поведения, функционирующая вне рамок живого организма.
Конструкция и принципы работы
Фундамент SpudCell — липосомы, представляющие собой микроскопические пузырьки, сформированные из липидной мембраны с водным содержимым. Внутри размещается синтетическая ДНК, содержащая инструкции для работы всей системы, а также необходимые молекулы, ферменты и рибосомы, обеспечивающие синтез белков.
Процесс роста клетки происходит за счет слияния с «кормовыми» липосомами, которые поставляют необходимые для жизнедеятельности компоненты. Увеличиваясь в объеме, клетка копирует генетический материал, после чего переходит к делению. В живых клетках этот процесс контролируется цитоскелетом, однако в SpudCell разделение запускается за счет накопления белков на мембране: они создают механическое напряжение, приводящее к разрыву структуры.
Эволюция и генетика
Авторы проекта продемонстрировали, что система способна демонстрировать поведение, аналогичное естественному отбору. После внедрения генетической модификации, ускоряющей синтез белка слияния, клетки начали расти быстрее и производить больше «потомства». В условиях ограниченных ресурсов такие клетки вытеснили исходную популяцию всего за пять поколений.
Геном SpudCell состоит из 90 тысяч пар оснований. Этот показатель ниже предела, который ранее считался минимально необходимым для функционирования клетки. Генетический материал организован в виде семи отдельных плазмид, что дает возможность независимо программировать различные функции системы.
Перспективы биоинженерии
Ученые рассматривают SpudCell как базу для разработки технологий будущего. Вместо манипуляций с существующими бактериями или дрожжами, инженеры смогут создавать полностью синтетические клетки, адаптированные под узкие задачи — от синтеза биотоплива и новых материалов до производства высокотехнологичных лекарственных препаратов.
Для продвижения этих исследований была основана организация Biotic, задача которой заключается в стандартизации подходов к созданию синтетических клеток. Разработчики отмечают, что текущая версия SpudCell остается лабораторной моделью. Для коммерческого или промышленного внедрения потребуется повысить стабильность генома, усложнить молекулярную инфраструктуру и разработать строгие инженерные стандарты.
