Категории каталога
Каталог / Наука / Наука, техника и медицина / В США создали искусственную жизнь

В США создали искусственную жизнь

Американские биофизики еще на один шаг приблизились к созданию искусственного живого организма. Профессор нью-йоркского Университета имени Рокфеллера\Rockefeller University Альберт Либхабер\Albert Libchaber и его сотрудник Винсент Нуаро\Vincent Noireaux сконструировали своего рода псевдоклетки, которые еще не умеют самостоятельно размножаться, однако уже обладают способностью длительное время синтезировать молекулы белка.

Современная биотехнологическая промышленность уже выпускает наборы веществ, необходимых живым клеткам для построения протеинов. В принципе, компоненты подобных аминокислотных смесей можно синтезировать и из простых органических соединений, однако куда дешевле и проще извлекать их из бактериальных культур, к примеру, из культуры кишечной палочки. Нью-йоркские ученые нашли способ упаковать такое молекулярное сырье в органические оболочки, сходные по структуре и функциям с мембранами настоящих клеток.

Любая живая клетка, как одиночная, так и входящая в состав клеточного сообщества, обеспечивает свои потребности за счет внешних ресурсов. Клетка - это открытая система, которая непрерывно обменивается материей и энергией с окружающей средой. В частности, все клетки получают извне разнообразные питательные вещества, которые обеспечивают нужды их многочисленных структурных подразделений (органелл). Эти структуры расположены внутри клетки - в ее цитоплазме и ядре (в совокупности их называют протоплазмой). Протоплазма окружена плазматической мембраной (плазмалеммой), тончайшей пленкой, образованной молекулами жироподобных соединений из группы липидов и сцепленных с ними белков. Плазмалемма защищает протоплазму от воздействия окружающей среды и отделяет ее от жесткой внешней оболочки из полисахаридов, которой обладают бактерии и клетки растительных организмов (у клеток животных таких оболочек нет). В состав плазмалеммы преимущественно входят фосфолипиды - сложные липиды, содержащие атомы фосфора.

Фосфолипиды не только образуют каркас любой клеточной мембраны, но и фактически определяют ее структуру. Дело в том, что типичная молекула фосфолипида имеет гидрофильную полярную головку, имеющую химическое сродство к воде, и неполярные углеродные цепи, которые обладают гидрофобными, то есть водоотталкивающими свойствами. В водной среде такие молекулы самопроизвольно группируются в двойной слой, который для краткости принято называть бислоем. Полярные головки фосфолипидных молекул располагаются на границах бислоя, в водной фазе, а их гидрофобные части сокрыты в его срединной зоне. Белковые молекулы, входящие в состав плазмалеммы, внедряются в бислой или же прикрепляются к нему снаружи. В плазмалеммах реальных клеток всегда имеется множество протеинов, выполняющих как транспортные, так и коммуникационные функции. Некоторые из мембранных белков избирательно пропускают необходимые для жизнедеятельности клетки соединения и выводят наружу шлаки - конечные продукты обмена веществ. Другие белки принимают внешние химические сигналы (например, гормональные), усиливают их и транслируют в специализированные внутриклеточные структуры.

Создание искусственных многобелковых мембран до сих пор остается далекой мечтой, и поэтому Нуаро и Либхабер даже не надеялись решить эту  задачу. Их цели были много скромнее. Исследователи изготовили капельки из гомогенизированных внутрибактериальных структур кишечной палочки (подобные капли называют везикулами) и заключили их в двуслойную фосфолипидную оболочку. Внутри таких минипузырьков могли происходить различные биохимические реакции, которые, однако, продолжались не более пяти часов  - как из-за отсутствия свежих реагентов, так и за счет увеличения концентрации шлаков. Впрочем, это и неудивительно. Фосфолипидные мембраны сами по себе не обладают  высокой проницаемостью, и, поэтому, они не могли обеспечить достаточно эффективный обмен веществом между псевдоклетками и питательным раствором, в котором они плавали. Этот раствор содержал как аминокислоты, строительные блоки белков, так и рибонуклеотиды, носители генетической информации.

Позднее условия опыта были изменены. В исходную смесь биомолекул экспериментаторы добавили фрагменты молекул ДНК, которые вмещали гены, кодирующие синтез двух протеинов. Один из этих белков наделен способностью к люминесценции, так что вырабатывающие его псевдоклетки стали испускать слабое свечение. Второй ген запустил процесс производства белка альфа-гемолизина, молекулы которого имеют трубчатое строение. Альфа-гемолизин встраивался в фосфолипидный бислой и формировал в нем относительно широкие поры. Просвет этих отверстий оказался вполне достаточным для того, чтобы жидкость, в которой плавали псевдоклетки, смогла поставлять им необходимые биомолекулы. В результате, "одетые" в пористые мембраны искусственные клетки без перерыва производили светящийся белок в течение четырех суток. В общем, Нуаро и Либхабер смогли создать действующую модель клетки - довольно примитивную, но все же воспроизводящую некоторые ключевые клеточные функции.

Есть все основания полагать, что недалеко время, когда в псевдоклетки с пористыми фосфолипидными мембранами можно будет интегрировать гены, ответственные за выработку любых протеинов, в частности и тех, которые необходимы для нужд медицины (например, инсулина). Это означает, что подобные искусственные клетки могут превратится в химические микрофабрики, производящие белковые продукты исключительной чистоты. Но Нуаро и Либхабер намерены пойти даже дальше. Они предполагают оснастить свои псевдоклетки мембранами, которые будут легко растягиваться и деформироваться, так что сами клетки обретут способность делиться. Если эта задача будет решена, откроется путь к созданию еще более сложных псевдоклеток, которые в процессе деления смогут воспроизводить свои внутренние структуры, как это делают все нерукотворные клетки. А отсюда уже недалеко и до искусственных клеток, способных воспринимать внешние сигналы,  адаптироваться к окружающей среде и передавать потомству свои мутации, иначе говоря, эволюционировать. И уж такие клетки вполне можно будет приравнять к примитивным живым организмам.

Материал предоставлен: Washington ProFile

Реклама:
Где заказать рерайтинг текстов узнай на сайте eTXT.ru