Первая синтетическая клетка, созданная с нуля, успешно растет и делится

Ученые впервые построили полностью синтетическую клетку, которая способна расти и делиться, как естественные организмы. Это достижение, опубликованное в журнале Cell, знаменует собой прорыв в синтетической биологии и приближает создание искусственной жизни из неживых компонентов. Исследователи из J. Craig Venter Institute и других лабораторий синтезировали минимальный геном и поместили его в искусственную мембрану, получив клетку, которая стабильно размножается. Ранее подобные конструкции были нестабильны, но новая версия демонстрирует постоянную скорость деления на протяжении многих поколений.

Как была создана синтетическая клетка

Команда ученых под руководством Крейга Вентера начала с определения минимального набора генов, необходимого для жизни. Они выбрали 473 гена из бактерии Mycoplasma mycoides, которые отвечают за основные функции: метаболизм, репликацию ДНК и деление. Затем эти гены были синтезированы в лаборатории и собраны в искусственный геном. Геном был встроен в клетку-реципиент, из которой предварительно удалили собственную ДНК. Полученная клетка получила название JCVI-syn3.0 и стала первой полностью синтетической клеткой, способной к самовоспроизведению.

Почему предыдущие синтетические клетки были нестабильны

Ранние версии синтетических клеток, созданные еще в 2010 году, могли делиться, но их рост и деление были хаотичными. Клетки часто имели неправильную форму, делились неравномерно и быстро накапливали мутации, что приводило к гибели популяции. Проблема заключалась в неполном понимании того, какие гены необходимы для стабильного деления. В новой работе ученые добавили несколько дополнительных генов, которые регулируют процесс деления и поддерживают целостность мембраны. В результате клетки JCVI-syn3.0 делятся с постоянной скоростью, образуя колонии одинаковых клеток.

Какие гены обеспечивают стабильное деление

Исследователи выявили, что ключевую роль играют гены, кодирующие белки, участвующие в формировании перегородки при делении. В частности, были добавлены гены ftsZ и другие, связанные с делением клеток. Также важны гены, отвечающие за репарацию ДНК и поддержание формы клетки. Без них синтетическая клетка не могла сохранять стабильность. Теперь ученые планируют дальнейшее сокращение генома, чтобы найти абсолютный минимум генов, необходимых для жизни.

Как это открытие повлияет на науку и медицину

Создание стабильной синтетической клетки открывает новые возможности для биотехнологии. Такие клетки можно использовать как платформу для производства лекарств, вакцин, биотоплива и других ценных веществ. Поскольку геном полностью контролируется, ученые могут программировать клетки на выполнение конкретных задач, например, синтез сложных молекул или разложение загрязнителей. Фармацевтические компании уже заинтересованы в использовании синтетических клеток для создания новых антибиотиков и ферментов.

Какие этические вопросы возникают

Создание искусственной жизни вызывает серьезные этические дебаты. Критики опасаются, что синтетические клетки могут выйти из-под контроля или быть использованы в качестве биологического оружия. Ученые подчеркивают, что JCVI-syn3.0 зависит от питательной среды и не может выжить вне лаборатории. Тем не менее, необходимо разработать строгие правила безопасности и этические нормы для дальнейших исследований. Общественность должна быть вовлечена в обсуждение, чтобы избежать непредвиденных последствий.

Каковы следующие шаги

Исследователи планируют продолжить оптимизацию синтетической клетки. Одна из целей — создать клетку, способную синтезировать собственные липиды для мембраны, что сделает ее полностью автономной. Также ведется работа над увеличением скорости роста и устойчивости к мутациям. В перспективе такие клетки могут стать основой для создания искусственных организмов с заданными свойствами. Однако до промышленного применения еще далеко: технология требует масштабирования и проверки безопасности.

Что пока остается неизвестным

Несмотря на успех, ученые пока не могут полностью объяснить, почему некоторые гены необходимы для жизни. Около трети генов в минимальном геноме имеют неизвестную функцию. Кроме того, неясно, как синтетическая клетка будет вести себя в разных условиях окружающей среды. Вопросы мутационной стабильности и долгосрочной эволюции также остаются открытыми. Ответы на них потребуют дополнительных исследований и времени.