|
Ученые близки к созданию синтетических форм жизни
|
|
|
|
Хотя доктор Франкенштейн создавал новые формы жизни в ходе ужасных экспериментов, основанных на комбинировании запасных частей, голландские исследователи говорят, что сейчас они пытаются создать синтетические формы жизни с нуля и потенциально более эффективно, чем природные.
|
|
|
|
По мере развития жизни на Земле каждый шаг вперед основывался на предыдущем, что приводило к созданию все более сложных, но иногда неэффективных систем. В настоящее время BaSyc (Создание синтетической клетки) - это консорциум из шести исследовательских институтов, работающих над совершенствованием естественных процессов, которые приводят к возникновению жизни. В двух новых статьях их исследования представляют собой новые важные шаги в продвижении к этой цели.
|
|
Создание искусственной жизни
|
|
|
|
С 2017 года компания BaSyc работает над созданием синтетической клетки - основного строительного элемента жизни. Благодаря гранту Gravity от Министерства образования, культуры и науки Нидерландов, а также Нидерландской организации научных исследований (NWO), было выделено 18,8 млн евро на финансирование начала работы. Прогресс был устойчивым, и, по оценкам, на реализацию программы осталось еще два-три года.
|
|
|
|
|
|
|
“Конечная цель программы заключается в создании синтетических жизнеспособных систем, которые могут расти автономно, разделяться и поддерживать [себя]. Они будут отличаться от известных живых клеток, но обладать следующими существенными особенностями”, - сообщил профессор биохимии Университета Гронингена и руководитель группы доктор Берт Пулман в электронном письме.
|
|
|
|
Активизация искусственных клеток
|
|
|
|
Внутри живых клеток митохондрии вырабатывают энергию, необходимую им для функционирования, и в природе сотни различных элементов составляют этот клеточный источник энергии.
|
|
|
|
В настоящее время команда BaSyc оптимизирует природный дизайн, сводя его всего к пяти элементам в искусственной системе, состоящей из двух частей. Преимущество заключается в том, что мы знаем, в каком направлении движется разработка системы, что позволяет исследователям разрабатывать отлаженные решения на самом базовом уровне, в отличие от эволюции, которая опирается только на то, что было создано ранее, и не может повернуть время вспять и пересмотреть принятые ранее решения.
|
|
|
|
Существующие митохондрии участвуют в цикле преобразования молекулы АДФ в АТФ и обратно, высвобождая энергию, необходимую для работы клеток. Система расположена в крошечных клеточных мешочках, известных как “везикулы”. Первая везикула в петле поглощает АДФ и аминокислоту аргинин через стенки мешочка, прежде чем сжигать аргинин для получения АТФ.
|
|
|
|
Расход энергии - это совершенно другая проблема. Во время этого процесса другая везикула поглощает АТФ и преобразует его обратно в АДФ, высвобождая энергию, необходимую для таких процессов, как рост и деление клеток. Процесс завершается, когда вторая пузырька отправляет АДФ обратно в первую, возобновляя цикл. Недостатком сокращения количества митохондрий до пяти является то, что система может работать только на аргинине, а не на жирах, сахарах или даже других аминокислотах, которые могут питать клетки животных.
|
|
Отрицательная единица
|
|
|
|
Другим изобретением Пулмана является везикула для создания отрицательного электрического заряда, похожего на электрическую цепь. В ней используется химический процесс, при котором положительно заряженные белки проникают в везикулу, подталкивая другие молекулы, такие как лактоза, к отрицательному центру. Этот процесс имитирует поведение живых клеток. Кроме того, дальнейшие испытания показали, что везикула способна выполнять более сложные функции. Добавляя ферменты в дополнение к лактозе, система окисляла лактозный сахар и создавала кофермент NADH.
|
|
|
|
Доктор Пул рассказал о некоторых трудностях, с которыми столкнулась его команда в процессе разработки. “Как правило, самыми серьезными препятствиями являются интеграция модулей и создание неравновесных условий. Таким образом, оптимальные условия не обязательно одинаковы для разных модулей. В биологии это ”решается" эволюцией, и здесь мы разрабатываем минимальные системы, которые лучше всего работают с несколькими модулями".
|
|
Переход к искусственной жизни
|
|
|
|
Несмотря на то, что Poolman и BaSyc добились значительного прогресса, необходимо сделать еще больше, прежде чем полностью синтетические клетки станут реальностью. После завершения программы BaSyc в ближайшие несколько лет, уже намечена их замена. Новое мировое сообщество выделило еще один грант на исследования в размере 40 миллионов евро в рамках последующей программы EVOLF “Эволюция жизни из неживого”, и в этой инновационной области исследований еще предстоит проделать большую работу.
|
|
|
|
“До создания такой синтетической системы, подобной жизни, нам еще более 10 лет, - сказал доктор Пулман. - Тем временем мы изучаем множество биологических механизмов и открываем удивительные свойства, которые проявляются при объединении биологических компонентов.
|
|
|
|
“Свойства, которые не видны в отдельных компонентах, и которые будет трудно обнаружить в сложных живых клетках”, - добавил Пулман. “Это научит нас (предоставит нам) схему жизнеспособных систем, чего нам в настоящее время не хватает”.
|
|
|
|
“Одним из следующих шагов является интеграция модуля для генерации протонной движущей силы (Nat Commun) с модулем для производства АТФ (Nat Nanotech), который затем работает с точки зрения сохранения метаболической энергии, как это делают митохондрии, но гораздо более простым способом”, - говорит он.
|
|
|
|
Пулман говорит, что его команда в настоящее время также работает над подключением модуля, который способствует производству АТФ, к синтезу липидов, что позволяет расширять мембраны, и добавляет, что “вскоре мы интегрируем его с модулями для деления клеток и синтеза белка в сотрудничестве с коллегами в Нью-Йорке и за рубежом”.
|
|
|
|
Статья команды “Хемиосмотический транспорт питательных веществ в синтетических клетках, основанный на электрогенном антипорте в сочетании с декарбоксилированием”, была опубликована 12 сентября 2024 года в журнале Nature Communications. Вторая статья, “Синтетическая синтрофия для перекрестного обмена адениновыми нуклеотидами между метаболически активными нанореакторами”, была опубликована 21 октября 2024 года в журнале Nature Communications.
|
|
|
|
Источник
|
