- 27,988
- 46
- 8 Ноя 2022
Впервые в истории синтетическая клетка прошла полный жизненный цикл.
Учёные сообщили о важном шаге в синтетической биологии : им удалось собрать систему, которая проходит полный жизненный цикл, похожий на клеточный. Конструкция под названием SpudCell растёт, копирует собственный геном, делится и даёт новые поколения. В экспериментах она даже показала отбор: изменённый вариант быстрее размножался и вытеснял исходную форму. Работа опубликована в виде препринта и ещё ожидает независимого рецензирования.
Авторы подчёркивают, что SpudCell нельзя считать живым организмом в полном смысле слова. Она значительно проще любой природной клетки и пока не обладает всеми механизмами, нужными для самостоятельного существования. Главное значение эксперимента в другом: исследователи показали, что известные химические компоненты можно объединить в систему, выполняющую функции, которые раньше считались свойственными только живой материи.
Название появилось не случайно. Сначала проект называли Potato Cell, «картофельная клетка», как отсылку к польскому происхождению руководителя работы. Позже название сократили до более короткого и звучного варианта.
Главная особенность SpudCell заключается в непрерывной последовательности действий. После сборки она увеличивается в размерах, копирует ДНК, разделяется и образует следующее поколение. До сих пор искусственные клеточные системы обычно демонстрировали отдельные этапы этого процесса, но не весь цикл целиком.
Эксперимент также помог уточнить один из фундаментальных вопросов биологии: насколько маленьким может быть геном системы , способной к размножению. Ранее минимальный размер такого генома оценивали примерно в 113 тысяч пар оснований ДНК. У SpudCell наследственная программа состоит всего из 90 тысяч пар оснований. Для сравнения, человеческий геном содержит около трёх миллиардов пар оснований.
Ещё один важный результат связан с механизмом деления. Большинство известных клеток использует цитоскелет - сложную сеть белковых нитей, которая поддерживает форму и помогает разделить содержимое надвое. Воспроизвести такую структуру в синтетической биологии долго считалось одной из самых трудных инженерных задач.
SpudCell обходится без цитоскелета. Вместо него работает более простой физический механизм. Белки, отвечающие за рост, постепенно скапливаются у мембраны. Когда их становится достаточно много, механическое напряжение возрастает, и оболочка разделяется на две части. Такой подход позволил обойти один из главных барьеров на пути к искусственным клеточным системам.
Разработчики увидели и признаки эволюционного поведения. Когда в один из генов внесли изменение, повышающее выработку определённого белка, новая версия начала расти быстрее и давать больше потомков. Уже через пять поколений она почти вытеснила исходную популяцию.
Ограничений у SpudCell пока много. Обмен веществ остаётся примитивным, а рибосомы - молекулярные комплексы, которые собирают белки, - она самостоятельно производить не умеет.
Поэтому исследователям приходится постоянно снабжать систему липосомами. Эти микроскопические пузырьки доставляют рибосомы, ферменты, липиды и другие молекулы, без которых SpudCell быстро прекращает работу. Такая зависимость одновременно снижает риски: вне строго заданных лабораторных условий конструкция выжить не сможет.
Авторы считают, что подобные системы могут стать универсальной платформой для биотехнологий . Сегодня многие лекарства, промышленные ферменты, материалы и химические вещества получают с помощью природных клеток, которые приходится генетически модифицировать. Другой путь - классическая химическая промышленность, но она часто требует больших затрат энергии и даёт серьёзную нагрузку на окружающую среду.
Собранные с нуля биологические платформы могут выполнять молекулярные превращения, которые трудно или невозможно провести обычными промышленными методами. Плюс такая система удобнее для изучения: её устройство известно исследователям по исходному набору компонентов, тогда как даже самые хорошо изученные природные клетки всё ещё содержат множество плохо понятных процессов.
Для развития направления команда запускает открытую некоммерческую организацию Biotic. Её задача - объединить специалистов по искусственным клеточным системам, выработать общие стандарты и сделать накопленные знания доступными научному сообществу. Сейчас каждая лаборатория часто заново решает одни и те же технические проблемы, из-за чего область движется медленнее, чем могла бы.
Ближайшие цели проекта - научить SpudCell самостоятельно формировать рибосомы, усложнить обмен веществ и сделать деление более надёжным. Если эти задачи удастся решить, нынешняя экспериментальная модель может превратиться в практическую платформу для разработки новых биотехнологий.
Учёные сообщили о важном шаге в синтетической биологии : им удалось собрать систему, которая проходит полный жизненный цикл, похожий на клеточный. Конструкция под названием SpudCell растёт, копирует собственный геном, делится и даёт новые поколения. В экспериментах она даже показала отбор: изменённый вариант быстрее размножался и вытеснял исходную форму. Работа опубликована в виде препринта и ещё ожидает независимого рецензирования.
Авторы подчёркивают, что SpudCell нельзя считать живым организмом в полном смысле слова. Она значительно проще любой природной клетки и пока не обладает всеми механизмами, нужными для самостоятельного существования. Главное значение эксперимента в другом: исследователи показали, что известные химические компоненты можно объединить в систему, выполняющую функции, которые раньше считались свойственными только живой материи.
Название появилось не случайно. Сначала проект называли Potato Cell, «картофельная клетка», как отсылку к польскому происхождению руководителя работы. Позже название сократили до более короткого и звучного варианта.
Главная особенность SpudCell заключается в непрерывной последовательности действий. После сборки она увеличивается в размерах, копирует ДНК, разделяется и образует следующее поколение. До сих пор искусственные клеточные системы обычно демонстрировали отдельные этапы этого процесса, но не весь цикл целиком.
Эксперимент также помог уточнить один из фундаментальных вопросов биологии: насколько маленьким может быть геном системы , способной к размножению. Ранее минимальный размер такого генома оценивали примерно в 113 тысяч пар оснований ДНК. У SpudCell наследственная программа состоит всего из 90 тысяч пар оснований. Для сравнения, человеческий геном содержит около трёх миллиардов пар оснований.
Ещё один важный результат связан с механизмом деления. Большинство известных клеток использует цитоскелет - сложную сеть белковых нитей, которая поддерживает форму и помогает разделить содержимое надвое. Воспроизвести такую структуру в синтетической биологии долго считалось одной из самых трудных инженерных задач.
SpudCell обходится без цитоскелета. Вместо него работает более простой физический механизм. Белки, отвечающие за рост, постепенно скапливаются у мембраны. Когда их становится достаточно много, механическое напряжение возрастает, и оболочка разделяется на две части. Такой подход позволил обойти один из главных барьеров на пути к искусственным клеточным системам.
Разработчики увидели и признаки эволюционного поведения. Когда в один из генов внесли изменение, повышающее выработку определённого белка, новая версия начала расти быстрее и давать больше потомков. Уже через пять поколений она почти вытеснила исходную популяцию.
Ограничений у SpudCell пока много. Обмен веществ остаётся примитивным, а рибосомы - молекулярные комплексы, которые собирают белки, - она самостоятельно производить не умеет.
Поэтому исследователям приходится постоянно снабжать систему липосомами. Эти микроскопические пузырьки доставляют рибосомы, ферменты, липиды и другие молекулы, без которых SpudCell быстро прекращает работу. Такая зависимость одновременно снижает риски: вне строго заданных лабораторных условий конструкция выжить не сможет.
Авторы считают, что подобные системы могут стать универсальной платформой для биотехнологий . Сегодня многие лекарства, промышленные ферменты, материалы и химические вещества получают с помощью природных клеток, которые приходится генетически модифицировать. Другой путь - классическая химическая промышленность, но она часто требует больших затрат энергии и даёт серьёзную нагрузку на окружающую среду.
Собранные с нуля биологические платформы могут выполнять молекулярные превращения, которые трудно или невозможно провести обычными промышленными методами. Плюс такая система удобнее для изучения: её устройство известно исследователям по исходному набору компонентов, тогда как даже самые хорошо изученные природные клетки всё ещё содержат множество плохо понятных процессов.
Для развития направления команда запускает открытую некоммерческую организацию Biotic. Её задача - объединить специалистов по искусственным клеточным системам, выработать общие стандарты и сделать накопленные знания доступными научному сообществу. Сейчас каждая лаборатория часто заново решает одни и те же технические проблемы, из-за чего область движется медленнее, чем могла бы.
Ближайшие цели проекта - научить SpudCell самостоятельно формировать рибосомы, усложнить обмен веществ и сделать деление более надёжным. Если эти задачи удастся решить, нынешняя экспериментальная модель может превратиться в практическую платформу для разработки новых биотехнологий.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
