Исследователи создали систему репликации ДНК в модели синтетической клетки
Ученые из Делфтского технического университета совместно с коллегами из Автономного университета Мадрида создали искусственную ДНК-схему для репликации ДНК внутри клеткоподобной структуры. Создание такого сложного биологического модуля — важный шаг к более амбициозной цели: построению полной и функционирующей синтетической клетки с нуля.
Копирование ДНК — ключевая функция живых клеток, обеспечивающая деление и передачу генетической информации. Механизм состоит из трех основных шагов:
- Транскрипция ДНК в матричную РНК (mRNA).
- Трансляция mRNA в белки.
- Репликация (копирование) ДНК с помощью некоторых из этих белков.
Замыкая цикл
Ранее ученые уже воссоздавали эти шаги по отдельности. Например, японские исследователи создали минимальную автономную систему для синтеза mRNA и белков, используя компоненты E. coli. Однако объединить эту систему с автономной репликацией ДНК до сих пор не удавалось.
Идею решила проблему: аспирантка Полин ван Нис предложила использовать для репликации механизм вируса Φ29. В отличие от человеческих клеток, где за репликацию отвечают сотни белков, Φ29 обходится всего четырьмя.
Создание ДНК-чертежа
Исследователи из Мадрида ранее изолировали механизм репликации Φ29. Ван Нис и руководитель группы Кристоф Данэлон совместно с ними объединили гены, кодирующие этот механизм, с генетическим кодом, необходимым для работы японского модуля транскрипции и трансляции.
Ван Нис составила уникальную ДНК-схему, учитывающую различные факторы потока генетической информации, например, подходящий сайт связывания для рибосомы.
Следующие шаги: рост и деление
Следующая цель — объединить новый модуль с другими функциями клетки: ростом и делением. В прошлом году группа Данэлона разработала способ синтеза фосфолипидов для липосом (использованных в проекте). Выход пока мал для поддержания роста, но процесс можно оптимизировать.
Деление клетки — более сложная задача. Данэлон полагает, что может сработать простой механизм «почкования»: липосомы будут расти и отпочковываться. Если репликации ДНК будет достаточно, часть примитивных дочерних клеток унаследует генетический материал, что позволит поддерживать популяцию. Возможно, именно так делились первые клетки.
Миссия: синтетическая клетка
Конечная цель — создание синтетической клетки, способной расти, делиться и поддерживать себя. Это направление может привести к глубокому пониманию работы клетки и достижениям в биотехнологиях, здравоохранении и энергетике.