Исследовательская группа из Калифорнийского университета в Сан-Диего совершила прорыв в области синтетической биологии, разработав систему, которая позволяет создавать клеточные мембраны с метаболической активностью. Это открытие приближает науку к пониманию того, как неживая органическая материя могла преобразоваться в первые живые организмы.
Об этом сообщает ProIT
Ключевые свойства живых систем и роль метаболизма
Ученые давно пытаются ответить на вопрос, как возникла жизнь. Среди основных характеристик живого выделяют компартментализацию, метаболизм и отбор. Компартментализация обеспечивает границу между клеткой и внешней средой, метаболизм позволяет осуществлять химические реакции для поддержания жизнедеятельности, а отбор определяет, какие молекулы сохраняются благодаря своим свойствам.
До сих пор основное внимание ученых было сосредоточено на создании клеточных оболочек, однако именно метаболизм является движущей силой таких процессов, как рост, деление, адаптация и эволюция. Способность клеток к обмену веществ и перестройке позволяет им реагировать на изменения в окружающей среде.
«Клетки, лишенные метаболической сети, застревают — они не способны перестраиваться, расти или делиться. Жизнь сегодня находится на высоком эволюционном уровне, но мы хотим понять, может ли метаболизм происходить в очень простых химических системах до того, как произошла эволюция более сложных», — объясняет руководитель исследования, заведующий кафедрой химии и биохимии имени Мюррея Гудмана в Калифорнийском университете в Сан-Диего Нил Деварадж.
Особенности созданных синтетических клеток
В своей работе ученые использовали липиды — жирные соединения, которые в живых клетках формируют динамические мембраны, способные изменяться в соответствии с потребностями организма. Впервые исследователям удалось синтезировать систему, где липиды не только формируют мембрану, но и могут ее разрушать благодаря метаболическим процессам. Важно, что эта система является абиотической, то есть построена исключительно из неживой материи.
Синтетический цикл, созданный в лаборатории, использует химическое топливо для активации жирных кислот, которые объединяются с лизофосфолипидами, образуя фосфолипиды. Последние формируют мембраны, однако при отсутствии топлива распадаются с возвращением к исходным компонентам, и цикл повторяется.
Первый автор исследования, научный сотрудник лаборатории Девараджа Алессандро Фракасси, подчеркивает:
«Мы пытаемся ответить на фундаментальный вопрос: какие самые простые системы имеют свойства жизни?» — отмечает Алессандро Фракасси.
Следующим шагом команда планирует усложнять созданные модели, добавляя им больше характеристик, присущих живым организмам.
По словам ученых, разработка искусственных клеток не только поможет понять происхождение жизни, но и открывает новые перспективы для медицины, биотехнологий, экологии и создания биомиметических устройств. Однако, как замечает Фракасси, для достижения практических результатов потребуется еще много лет упорной работы.
Подробно результаты исследования описаны в журнале Nature Chemistry.
