Ученые создали синтетическую клетку SpudCell с делением
Исследователи из Университета Миннесоты представили синтетическую клетку SpudCell, которая растет, копирует генетический материал и делится. Авторы утверждают, что систему полностью собрали из неживых химических компонентов, без использования готовой живой клетки как основы. Работа вышла в виде препринта на bioRxiv, то есть еще не прошла рецензирование.
Главная особенность SpudCell в механике деления. Обычно синтетические клеточные системы упираются в цитоскелет, внутренний каркас, который задаёт форму и помогает живым клеткам разделяться. В новой работе авторы обошли это ограничение: белки накапливаются на мембране, создают напряжение и запускают разделение без такого каркаса.
По описанию исследователей, система проходит почти полный жизненный цикл. Она потребляет ресурсы, увеличивается в размерах, копирует геном и формирует дочерние структуры. Авторы также пишут, что в условиях ограниченных ресурсов более быстрые варианты клеток вытесняли исходную версию, то есть модель демонстрировала простейший отбор.
Создание синтетической клетки SpudCell
Попытки собрать минимальную клетку идут не первый год. В 2016 году Институт Крейга Вентера представил бактерию JCVI-syn3.0 с минимизированным геномом из 473 генов. Это был важный этап для синтетической биологии, но тогда речь шла не о сборке «с нуля», а о радикальном упрощении уже существующего живого организма.
Авторы SpudCell делают акцент именно на химической сборке. Их геном, по заявлению команды, содержит около 90 тыс. пар оснований и разбит на семь плазмид ДНК. Для сравнения, у JCVI-syn3.0 геном насчитывает 531 560 пар оснований. Такой разрыв не означает автоматического превосходства новой системы, зато показывает, насколько далеко исследователи продвинулись в сокращении набора функций.
В научной гонке это отдельное направление, на стыке биологии и инженерии. Одни группы строят «минимальные» клетки на базе живых бактерий, другие разрабатывают протоклетки из липосом и молекулярных модулей. SpudCell интересна тем, что пытается соединить обе линии: сохранить инженерную простоту и добавить свойства, которые обычно относят к живому объекту.
Команда также называет конструкцию модульной. Разделение генома на отдельные плазмиды позволяет менять функции по частям, а не переписывать систему целиком. Для лабораторий это практичнее, чем работать с одной большой молекулой ДНК, особенно если платформу будут использовать для разных задач, от синтеза белков до тестирования биомолекул.
Где это может пригодиться
Авторы работы связывают проект с прикладной синтетической биологией. Идея в том, чтобы использовать управляемые клеточные платформы там, где обычная промышленная химия требует высоких температур, токсичных реагентов и сложной очистки. Если такую систему удастся стабилизировать и масштабировать, она может подойти для производства сложных молекул в более мягких условиях.
Среди потенциальных применений команда называет новые лекарства и материалы. В том числе речь идет о синтезе соединений с не встречающимися в природе аминокислотами. Это давняя цель отрасли: такие молекулы интересны фармацевтике, потому что позволяют точнее настраивать свойства белков и потенциально повышать устойчивость препаратов.
Для развития платформы исследователи запускают открытый институт Biotic, который должен дать внешним командам доступ к инфраструктуре. Подобная модель уже работала в смежных областях, от геномного редактирования до облачных лабораторных платформ. Она ускоряет воспроизводимость, что для громких биологических заявлений обычно важнее пресс-релиза.
Рынок здесь тоже не академический. По оценкам Grand View Research, мировой рынок синтетической биологии может превысить $70 млрд к началу следующего десятилетия, а основными драйверами остаются биофармацевтика, агротех и промышленные биопроцессы. Поэтому вопрос теперь не в том, можно ли собрать такую клетку, а в том, удастся ли другим лабораториям повторить результат и перевести его из препринта в рабочую платформу.
