SpudCell: протоклетка из 36 генов, способная к самовоспроизведению

Ученые из Университета Калифорнии в Сан-Диего и других научных центров представили SpudCell — искусственную протоклетку, которая способна синтезировать собственные белки и мембраны, а также делиться. Она содержит всего 36 генов, взятых из бактерии Mycoplasma mycoides, что делает ее одной из самых сложных синтетических клеток, созданных на сегодняшний день. Однако SpudCell не может размножаться самостоятельно и требует постоянного поступления питательных веществ извне. Это не полноценный живой организм, а биохимическая система, демонстрирующая ключевые признаки жизни.

Как устроена SpudCell

SpudCell создана методом «снизу вверх»: исследователи собрали ее из отдельных биологических компонентов, а не путем редактирования существующей клетки. В отличие от предыдущих проектов, таких как JCVI-syn3.0 — минимальной бактерии с 473 генами, SpudCell содержит всего 36 генов. Эти гены кодируют белки, необходимые для синтеза мембран, репликации ДНК, транскрипции, трансляции и производства энергии. Клетка окружена искусственной мембраной из липидов и может синтезировать собственные белки, включая те, что нужны для ее собственного построения.

Гены разделены на функциональные модули. Модуль синтеза мембран отвечает за производство липидов, модуль репликации ДНК включает ферменты для копирования генома, модули транскрипции и трансляции содержат рибосомы и РНК-полимеразу, а метаболический модуль обеспечивает производство АТФ. Клетка помещена в липосому — искусственный пузырек из липидов. Для работы ей требуется постоянный приток аминокислот, нуклеотидов и энергии в виде АТФ. Время деления составляет около 30 минут, но процесс не является полностью автономным: для деления необходимо ручное добавление липидов и питательных веществ.

В чем отличие SpudCell от предыдущих синтетических клеток?

SpudCell — это протоклетка, а не полноценный организм. Она не может размножаться самостоятельно и не способна к эволюции, так как ее геном стабилен и не мутирует. В отличие от JCVI-syn3.0, которая является живой бактерией, SpudCell — это биохимическая система, демонстрирующая некоторые признаки жизни, но не удовлетворяющая всем критериям. Каждый из 36 генов имеет четкую функцию, что отличает SpudCell от более ранних минимальных клеток, где многие гены оставались неизвестными. Кроме того, SpudCell построена с нуля, а не путем редактирования существующей клетки.

Предыстория создания синтетической жизни

Создание синтетической жизни — давняя цель биоинженерии. В 2010 году команда Крейга Вентера представила первую самореплицирующуюся синтетическую бактерию с синтезированным геномом. Однако она была почти копией природной. Позже, в 2016 году, была создана JCVI-syn3.0 с минимальным набором генов, но многие из них оставались неизвестной функции. SpudCell отличается тем, что каждый из 36 генов имеет четкую функцию, и клетка построена с нуля. Это позволяет ученым точно понимать, какие компоненты необходимы для базовых жизненных процессов.

Практическое значение SpudCell

SpudCell — это фундаментальная научная разработка, которая в первую очередь повлияет на исследователей в области синтетической биологии. Она может стать платформой для изучения минимальных условий жизни и создания биосенсоров или фабрик по производству лекарств. Для российских ученых это открытие демонстрирует возможность создания клеток с заданными свойствами, что может ускорить разработку вакцин и биотоплива. Однако до коммерческого применения еще далеко: SpudCell пока не способна к автономному существованию и требует постоянного внешнего обеспечения.

Какие перспективы у SpudCell для создания искусственной жизни?

Следующий шаг — сделать SpudCell полностью автономной: чтобы она могла сама синтезировать липиды и нуклеотиды, а также делиться без внешней помощи. Это потребует добавления еще нескольких десятков генов. Ученые также планируют создать версию с изменяемым геномом, чтобы изучать эволюцию в контролируемых условиях. В ближайшие 5–10 лет возможно создание полноценной синтетической клетки, способной к самовоспроизведению. SpudCell закладывает основу для таких разработок, демонстрируя, что даже минимальный набор генов может обеспечить базовые функции клетки.

Итог

SpudCell — это важный шаг к созданию искусственной жизни, демонстрирующий, что даже минимальный набор генов может обеспечить базовые функции клетки. Хотя она пока не является живым организмом, ее создание открывает путь к новым биотехнологиям и углубляет наше понимание того, что такое жизнь.