Перша повністю синтетична клітина "SpudCell" – крок до створення життя в лабораторії

Команда дослідників з Університету Міннесоти в Твін-Сітіс повідомляє, що вперше змогла створити повністю синтетичну клітину, зібрану виключно з неживих хімічних компонентів. Нова система отримала назву "SpudCell" і здатна "харчуватися", рости, реплікувати свій геном і ділитися – властивості, які наближають її до основних функцій живих клітин.

Мінімалістична клітина зі значним ефектом

Робота команди під керівництвом доцента Кейт Адамали, опублікована онлайн 1 липня, є першим описаним випадком, коли кілька ключових клітинних функцій – ріст, реплікація геному та поділ – об'єднані в одну синтетичну систему. "SpudCell" містить приблизно від 150 до 200 молекул і дуже компактний геном з лише 36 генами – приблизно в 50 разів менше, ніж у типової бактерії.

Як працює "SpudCell": хімія замість традиційної біології

В основі синтетичної клітини лежить добре відома "PURE-система" – набір біологічних молекул, включаючи білки та рибосоми, які забезпечують транскрипцію ДНК і трансляцію РНК у білки. Геном "SpudCell" кодує специфічні молекулярні "мітки" на поверхні, які приваблюють "клітини-постачальники" – дрібні ліпосоми, що доставляють ферменти та поживні речовини, необхідні для росту.

Окремий набір поверхневих міток служить для запуску поділу: при додаванні зовнішньої молекули – стрептавідину – система переходить до фази розділення. Таким чином, у синтетичній системі в одному загальному контексті поєднані "харчування", ріст, реплікація генетичного матеріалу та поділ.

Хімік-системник Йоб Бьокховен з Технічного університету Мюнхена коментує, що "можливість об'єднати всі ці модулі в синтетичну клітину – це саме той прорив, на який ця галузь чекала так довго", водночас підкреслюючи, що описані результати ще мають пройти наукове рецензування.

Обмеження: далеко від справжнього живого організму

Незважаючи на вражаючі функції, "SpudCell" залишається далекою від складності та автономності справжньої живої клітини. Процес поділу неефективний: щоб розділити клітини, дослідники повинні фізично "протягнути" їх крізь мембрану з мікроскопічними порами. Після п'яти циклів поділу лише близько 30 відсотків дочірніх клітин зберігають повний геном.

Додатковим обмеженням є те, що рибосоми в системі поступово розпадаються, а "SpudCell" не має власного механізму для синтезу нових. Це означає, що з часом здатність до синтезу білків знижується і клітина втрачає частину своєї функціональності.

Контрольована еволюція: експеримент зі штучною мутацією

В одному з експериментів команда Адамали ввела цілеспрямовану мутацію в геном. Вона дозволяє частині клітин "SpudCell" виробляти більше поверхневих міток, поглинати більше поживних речовин і, відповідно, рости швидше. Ці мутантні клітини витісняють немутантні протягом п'яти циклів – натяк на процес "відбору".

Вчені підкреслюють, що це не справжня дарвінівська еволюція: мутація не виникає спонтанно, а додана штучно дослідниками, а поділ відбувається механічно. Тим не менш, результат показує, як зміни в простому геномі можуть впливати на поведінку синтетичних клітин і призводити до "перегонів" між варіантами однієї й тієї ж системи.

Шлях до публікації: відмова журналу та відкритий доступ

Ще один цікавий аспект історії "SpudCell" пов'язаний із публікацією результатів. Стаття ще не пройшла офіційне рецензування. Кейт Адамала надала журналістам 190-сторінковий рукопис під ембарго перед його публікацією на сервері препринтів "bioRxiv". За її словами, це сталося після того, як престижний журнал "Cell" відмовився прийняти матеріал.

Адамала заявляє, що в найближчому майбутньому планує надіслати статтю в інший науковий журнал. Її рішення поділитися даними заздалегідь має на меті прискорити розвиток ширших досліджень у галузі синтетичних клітин і дозволити більшій кількості груп тестувати та вдосконалювати описану систему.

"Biotic": нова платформа для відкритих досліджень у синтетичній біології

Паралельно з оголошенням результатів щодо "SpudCell", синтетичний біолог зі Стенфорда Дрю Енді та група вчених створюють "Biotic" – некомерційну організацію на користь суспільства, спрямовану на об'єднання лабораторій та забезпечення відкритого доступу до технології синтетичних клітин.

За словами Енді, організація вже залучила стартове фінансування "порядку 10 мільйонів доларів" і має намір розподілити більшу частину коштів у вигляді наукових грантів, починаючи з вересня. Мета – стимулювати обмін знаннями, стандартами та інструментами між різними дослідницькими центрами.

"Це як іскра", – каже Адамала про своє рішення опублікувати результати швидко, до завершення рецензування, щоб дати поштовх ширшим дослідженням у сфері синтетичних клітин. На її думку, саме такі відкриті ініціативи можуть перетворити перші синтетичні клітини з лабораторного прототипу на платформу для майбутніх застосувань – від біотехнологій до фундаментальних досліджень походження життя.