Фотосинтетическая машина для искусственных клеток

Международная команда исследователей из Гарвардского университета и Университета Соган в Сеуле создала клеткоподобную структуру, которая использует фотосинтез для выполнения метаболических реакций, включая сбор энергии, фиксацию углерода и формирование цитоскелета. Исследование опубликовано в Nature Biotechnology.

Суть разработки

Учёные сконструировали искусственную фотосинтетическую органеллу, объединив компоненты растительного и животного мира. В липидную мембрану были встроены два белковых фотоконвертера:

• Один из растений, чувствительный к красному свету.
• Один из бактерий, чувствительный к зелёному свету.

Вместе с ними в мембрану добавили ферменты, генерирующие аденозинтрифосфат (АТФ) — универсальный энергоноситель клеток.

Как это работает

• При освещении красным светом запускается фотосинтетическая реакция, производящая АТФ.
• При освещении зелёным светом производство АТФ останавливается.

Эта возможность включать и выключать выработку энергии позволила исследователям контролировать реакции внутри искусственной клетки, в частности, полимеризацию актина — основного строительного блока клеток и тканей.

Значение и перспективы

• Контроль формы: Управление производством актина позволяет контролировать форму клеточных мембран и потенциально создавать подвижные клетки.
• Новый подход: Это шаг к созданию искусственных клеточных систем, имитирующих сложное поведение биологических клеток, "снизу вверх".
• Будущее применение: Метод может быть использован для создания других искусственных органелл (например, эндоплазматического ретикулума или ядерной системы) и открывает путь к "клеточным протезам".

Ключевые цитаты:

• Кит Паркер (Гарвард): "Мы активировали метаболическую активность светом, построили сеть белков по требованию в живой клетке и упаковали все необходимые для этого компоненты в одну клетку".
• Кванву Шин (Университет Соган): "Представленные нами механизмы должны стать первым шагом в разработке множества регуляторных сетей для искусственных клеток, способных демонстрировать гомеостаз и сложное клеточное поведение".