Эта идеально самовоспроизводящаяся синтетическая клетка представляет собой мини-Франкенштейна.

«Есть так много способов, которыми грядущий век биологии потенциально может изменить нашу повседневную жизнь к лучшему,– сказала старший автор Элизабет Стричальски, руководитель группы сотовой инженерии Национального института стандартов и технологий (NIST). Например, Стричальски и ее коллеги планируют разработать живые датчики, которые могут проводить измерения в окружающей среде, контролируя кислотность, температуру и уровень кислорода поблизости.

Эти сенсорные клетки также могут быть произведены для производства определенных продуктов, а именно лекарств, и потенциально могут быть помещены в сам человеческий организм. «Одно видение состоит в том, что когда клетка ощущает болезненное состояние, тогда она может сделать это терапевтическим, а когда болезненное состояние сохраняется, они могут перестать делать это терапевтическое,– сказал Стричальский. Другие клетки можно культивировать в лаборатории и использовать для эффективного производства продуктов питания и топлива, в то время как другие клетки можно заставить выполнять вычислительные функции в молекулярном масштабе, добавила она.

Но опять же, все это видение будущего. Чтобы достичь этого, ученым необходимо раскрыть тайны клетки на фундаментальном уровне, прежде чем они смогут манипулировать ею в своих синтетических организмах.

В новом исследовании Стрычальски и ее коллеги сделали шаг к этой цели и опубликовали свои результаты 29 марта в журнале Cell. Они начали с существующей синтетической клетки под названием JCVI-syn3.0, которая была создана в 2016 году и содержит всего 473 гена, сообщает Scientific American.

Эта голая клетка была создана из бактерии Mycoplasma genitalium, микроба, передающегося половым путем. Ученые лишили его естественной ДНК и заменили ее собственной модифицированной ДНК. Создавая JCVI-syn3.0, ученые хотели узнать, какие гены абсолютно необходимы для выживания и нормального функционирования клетки, а какие – лишние.

Но в то время как JCVI-syn3.0 мог без проблем создавать белки и реплицировать свою ДНК, минималистичная клетка не могла делиться на однородные сферы. Вместо этого он беспорядочно расщепляется, производя дочерние клетки самых разных форм и размеров. Стричальски и ее команда решили решить эту проблему, добавив обратно гены в урезанную клетку.

После многих лет работы ученые получили JCVI-syn3A, который содержит в общей сложности 492 гена. Они обнаружили, что семь из этих генов имеют решающее значение для нормального деления клеток.

«Ряд генов в минимальной клетке не имеют известной функции,– сказал соавтор исследования Джеймс Пеллетье, который на момент написания работы был аспирантом Центра битов и атомов Массачусетского технологического института (MIT). Так же, “оказалось, что некоторые из генов, которые клетка должна делить ранее, не имели известной функции,” он сказал. Повторное введение этих генов позволило минимальной клетке разделиться на идеально однородные сферы.

По словам Пеллетье, некоторые из этих важных генов, вероятно, взаимодействуют с клеточной мембраной на основе своих генетических последовательностей. Это может означать, что они изменяют физические свойства мембраны, делая ее достаточно податливой для правильного разделения, или что они создают силы внутри мембраны, которые способствуют разделению, сказал он. Но на данный момент команда не знает, какие конкретные механизмы используют гены, чтобы помочь клеткам расщепляться, отметил он.

«Наше исследование не было разработано для выяснения механизмов внутри клетки, связанных с каждым из этих генов неизвестной функции,“- сказал Стричальский. “Это будет будущим исследованием.”

В то время как исследователи продолжают исследовать тайны минимальной клетки, другие синтетические биологи работают с еще более упрощенными системами. Синтетическая биология существует в диапазоне от «суп из неодушевленных химикатов во всей красе клетки млекопитающего или бактериальной клетки,“- сказал Стричальский.

Будущее отрасли может привести нас к инновационным чудесам, таким как компьютеры размером с ячейку., но на данный момент работа в значительной степени обусловлена ​​любопытством по поводу того, как объединяются основные строительные блоки жизни и что это может рассказать нам о нас самих, – сказала она.

«Как мы понимаем самую основную единицу жизни – клетку? … В этом есть что-то очень интересное,“- сказал Стричальский. “Позже мы сможем представить себе все, что мы можем делать с… этой минимальной платформой.”