Ученые создали «живые» синтетические клетки на основе бактерий

Исследователи из Бристольского университета сделали большой шаг вперед в области синтетической биологии, разработав систему, которая выполняет несколько ключевых функций живой клетки, включая генерирование энергии и экспрессию генов.

Их искусственно сконструированная клетка даже трансформировалась из сферической формы в более естественную амебоподобную форму в течение первых 48 часов «жизни», что указывает на то, что протоцитоскелетные филаменты работали (или, как выразились исследователи, были «структурно динамичными») в длительном масштабе времени.

Создание чего-то близкого к тому, что мы могли бы считать живым, — это очень непростая задача, не в последнюю очередь благодаря тому факту, что даже самые простые организмы полагаются на бесчисленные биохимические операции, включающие умопомрачительно сложные механизмы для роста и размножения.

Ученые ранее сосредоточились на том, чтобы заставить искусственные клетки выполнять одну функцию, такую ​​как экспрессия генов, катализ ферментов или активность рибозимов.

Если ученые раскроют секрет индивидуального создания и программирования искусственных клеток, способных более точно имитировать жизнь, это может открыть множество возможностей во всем, от производства до медицины.

В то время как одни сосредотачиваются на перепроектировании самих клеток, другие ищут способы сократить существующие клетки до фрагментов, которые затем можно реконструировать во что-то относительно новое.

Чтобы выполнить этот подвиг биоинженерии «снизу вверх», исследователи использовали две бактериальные колонии — Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa.

Эти две бактерии были смешаны с пустыми микрокаплями в вязкой жидкости. Одна популяция была захвачена внутри капель, а другая – на поверхности капель.

Затем ученые вскрыли мембраны бактерий, погрузив колонии в лизоцим (фермент) и мелиттин (полипептид, получаемый из пчелиного яда).

Бактерии выплеснули свое содержимое, которое было захвачено каплями для создания покрытых мембраной протоклеток.

Затем ученые продемонстрировали, что клетки способны к сложной обработке, такой как производство молекулы хранения энергии АТФ посредством гликолиза, а также к транскрипции и трансляции генов.

«Наш подход к сборке живого материала дает возможность создавать симбиотические живые/синтетические клеточные конструкции снизу вверх, — говорит первый автор исследования, химик Цань Сюй.

«Например, с помощью сконструированных бактерий можно будет производить сложные модули для разработки в диагностических и терапевтических областях синтетической биологии, а также в биопроизводстве и биотехнологии в целом».

В будущем этот вид технологии синтетических клеток можно будет использовать для улучшения производства этанола для биотоплива и пищевой промышленности.

В сочетании со знаниями, основанными на продвинутых моделях базовой биологии, можно будет смешивать и сопоставлять одни структуры, полностью переделывая другие для разработки совершенно новых систем.

Искусственные клетки можно запрограммировать на фотосинтез, или на выработку энергии из химических веществ, как это делают сульфатредуцирующие бактерии.

«Мы ожидаем, что методология будет реагировать на высокие уровни программируемости», — говорят исследователи.

Статья об открытии была опубликована в журнале Nature.