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.
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.