Ученые приблизились к созданию искусственных клеток с функциями живых, используя бактерии
Исследователи использовали потенциал бактерий для создания продвинутых синтетических клеток (протоклеток), которые имитируют функциональность живых клеток. Работа, проведенная под руководством Бристольского университета и опубликованная в Nature, представляет важный прогресс в создании более точных моделей сложного состава, структуры и функций живых клеток.
Глобальной задачей является наделение протоклеток функциями, близкими к реальным. Предыдущие попытки использовать для этого микрокапсулы были недостаточно успешны, поэтому команда обратилась к бактериям и процессу сборки с использованием живого материала.
Ученые, включая профессора Стивена Манна и докторов Кань Сюй, Николя Мартина и Мэй Ли, продемонстрировали подход к построению высокосложных протоклеток. В качестве микроскопической "строительной площадки" они использовали вязкие микрокапли, заполненные живыми бактериями.
Метод создания протоклеток:
- Пустые капли подвергли воздействию двух типов бактерий. Одна популяция спонтанно захватывалась внутри капель, другая — задерживалась на их поверхности.
- Оба типа бактерий были разрушены. Высвободившиеся клеточные компоненты остались внутри или на поверхности капель, что привело к образованию покрытых мембраной бактериогенных протоклеток, содержащих тысячи биологических молекул, частей и элементов клеточной "машинерии".
Функциональность протоклеток:
Исследователи обнаружили, что созданные протоклетки способны:
- Продуцировать богатые энергией молекулы (ATP) посредством гликолиза.
- Синтезировать РНК и белки путем in vitro экспрессии генов.
Это указывает на то, что унаследованные бактериальные компоненты сохранили активность внутри синтетических клеток.
Дальнейшая модификация:
С помощью серии химических этапов ученые ремоделировали бактериогенные протоклетки:
- Высвобожденная бактериальная ДНК была сконденсирована в единую ядероподобную структуру.
- Внутренность капель была инфильтрирована цитоскелетоподобной сетью белковых филаментов и мембранными водяными вакуолями.
Создание гибридной системы:
В качестве шага к созданию синтетическо-живой клеточной сущности исследователи имплантировали живые бактерии внутрь протоклеток. Это привело к:
- Самостоятельному устойчивому производству ATP.
- Долгосрочному энергообеспечению для гликолиза, экспрессии генов и сборки цитоскелета.
Любопытно, что эти протоживые конструкции приняли амёбоидную внешнюю морфологию из-за бактериального метаболизма и роста, создав клеточную бионическую систему с интегрированными свойствами, подобными живым.
Комментарии авторов:
- Профессор Стивен Манн: "Достижение высокой организационной и функциональной сложности в синтетических клетках является трудной задачей... Наш текущий бактериогенный подход поможет увеличить сложность современных моделей протоклеток".
- Доктор Кань Сюй: "Наш подход сборки с использованием живого материала предоставляет возможность для нисходящего конструирования симбиотических живых/синтетических клеточных конструктов... Это может найти применение в диагностике, терапии, биопроизводстве и биотехнологии в целом".