Искусственное деление клетки стало ближе к реальности
Исследователи из TU Delft успешно воспроизвели в лаборатории биологический механизм, необходимый для деления бактериальных клеток. Это важный шаг в рамках более масштабного проекта по созданию полностью искусственной клетки, способной к самоподдержанию и делению. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Даже у относительно простых бактерий деление — сложный процесс. Сначала копируется ДНК. Затем белки транспортируют копии ДНК к двум полюсам клетки. После этого в середине клетки формируется кольцо из специализированных белков. Когда клетка готова к делению, это так называемое Z-кольцо сжимается, образуя две идентичные дочерние клетки.
Белки, формирующие Z-кольцо у большинства бактерий, всегда собираются точно посередине клетки. Как они определяют центр? Для этого клетка использует систему из трёх белков: MinC, MinD и MinE — вместе они образуют Min-систему. Белок MinD прикрепляется к внутренней клеточной мембране. MinE вытесняет MinD. MinC — это «пассажир», который перемещается вместе с MinD и MinE.
Взаимодействие этих белков можно описать как игру в догонялки: MinE вытесняет MinD с мембраны. Вытесненные белки MinD ищут новое место для прикрепления, чтобы снова быть вытесненными. Это коллективное поведение создаёт волны белков Min, движущиеся от одного полюса клетки к другому.
Эти белковые волны (осцилляции) формируют градиент в клетке. Наибольшая концентрация белков Min — у полюсов, а наименьшая — в центре. Здесь вступает в действие MinC: он подавляет формирование Z-кольца. Поскольку в центре клетки его мало, Z-кольцо может свободно образовываться именно там.
Синтетическая клетка
Исследователи TU Delft вместе с коллегами из Нидерландов и других стран работают над созданием синтетической клетки. Сначала необходимо реконструировать все необходимые модули по отдельности в лаборатории, а затем объединить их в функциональную искусственную клетку. Деление — один из таких модулей, который, в свою очередь, состоит из взаимодействующих механизмов, включая Min-систему.
Группе Кристофа Данлона из TU Delft удалось воспроизвести Min-систему в искусственно созданных везикулах — липосомах. Все три белка были напрямую экспрессированы из своих генов внутри таких липосом с помощью бесклеточного синтеза белка. «Но недостаточно просто вставить ДНК этих трёх генов в липосому», — объясняет ведущий исследователь Элиза Годино. Она сравнивает создание правильной среды для генов с готовкой: «Нужно определённое количество каждого белка, и белки работают только в правильных условиях. Много времени и исследований ушло на отладку нашего "рецепта"».
В итоге исследователям удалось реконструировать Min-систему в липосоме. Под микроскопом Элиза Годино наблюдала характерные белковые волны, подтверждающие работу системы. Следующий шаг — реконструкция механизма, ответственного за построение Z-кольца. «Мы уже подтвердили, что созданная нами Min-система правильно взаимодействует с основными компонентами Z-кольца», — говорит Годино.
В ближайшем будущем исследователи надеются объединить два механизма деления клетки, что, несомненно, создаст новые задачи. Но шаг за шагом синтетическая клетка становится реальностью.