У лабораторії зібрали клітину з неживих компонентів і вона вперше пройшла через весь цикл росту і поділу. Система, вибудувана з нуля, виросла, скопіювала власну ДНК і розділилась на дві частини. Це найпереконливіший наразі доказ того, що межу між живим і неживим можна подолати штучним шляхом.
Будова з нуля
Керівниця проєкту Кейт Адамала, фахівчиня з синтетичної біології в Університеті Міннесоти, та її команда складали кожен елемент системи окремо. Основою слугували ліпосоми, порожні бульбашки з ліпідної мембрани, які замінили клітинну оболонку.
Всередину вони помістили систему копіювання ДНК та набір із 36 ферментів, здатних зчитувати генетичну інформацію і синтезувати білки. Ці два механізми довелося довго узгоджувати між собою, змінюючи концентрації складових одну за одною.
Готовий геном не містив усього необхідного для клітини, тому дослідники підготували окремі ліпосоми-контейнери із цукром, ліпідами та ферментами, а також складнішими молекулами, такими як тРНК і рибосоми. Коли така бульбашка стикалася з клітиною, їхні мембрани зливались, і вміст переходив усередину.
Бар’єр поділу
Синтетичні клітини попередніх спроб вміли рости й копіювати ДНК, але завжди зупинялись перед одним і тим самим бар’єром. Природна клітина перебудовує цитоскелет, мережу білкових волокон, що підтримує її форму, і завдяки цьому розпадається на дві частини. Відтворити такий складний механізм штучно донедавна не вдавалося нікому.
Кейт Адамала натрапила на рішення в статті фізика-теоретика і біофізика Райнхарда Ліповскі з Інституту колоїдів та інтерфейсів імені Макса Планка. Білкові мітки на мембрані притягують інші білки, які скупчуються і фізично вигинають оболонку, змушуючи її розділитися. Після кількох спроб цей самий механізм спрацював і в синтетичній системі.
Ще не жива клітина
Як повідомляє Quanta Magazine, отримана система не є живою в жодному сенсі цього слова. Вона не здатна вижити без постійного постачання поживних речовин та рибосом, молекулярного апарату, що синтезує білки.
У неї немає власних механізмів захисту, а система виведення продуктів обміну недосконала. Роботу виклали як препринт на biorxiv.org 2 липня і вона ще не пройшла рецензування.
Джек Шостак з Університету Чикаго, який був науковим керівником Кейт Адамали, зазначив, що нездатність клітини самостійно їх виробляти обмежує можливості росту і повторного розмноження. Сама Кейт Адамала визнає, що системі бракує цитоскелета і зараз поділ забирає багато часу та енергії саме через його відсутність.
Межа визначення життя
Паралельно команда перевіряла, чи здатна система розвиватися за законами природного відбору. Клітини, яким штучно збільшили розмір, давали більше нащадків і поступово переважали в популяції. Це стало першим кроком такого процесу. Втім, справжньою дарвінівською еволюцією це поки не є, бо потрібні для відбору відмінності дослідники створювали вручну, а не отримували завдяки випадковим мутаціям, оскільки фермент, що копіює ДНК, працює надто точно.
В астробіології вже десятиліттями застосовують робоче визначення NASA, яке описує життя як хімічну систему, здатну до дарвінівської еволюції. Саме цей критерій береться до уваги під час пошуку життя на Марсі, супутниках Юпітера чи Сатурна й екзопланетах.
Синтетична клітина поки не відповідає цьому визначенню, адже не еволюціонує самостійно. Проте експеримент показує, що основні функції живого, такі як ріст і поділ, вдається відтворити з простих молекул. Такий процес міг колись перетворити неживу хімію на перші клітини на Землі, так само як і на інших планетах у Всесвіті, де є необхідні умови.
