В исследовании подробно описывается создание «минимальной клетки», которая по сути представляет собой крошечную липидную везикулу (микроскопический пузырек).
Репрезентативное изображение.
Гетти
Исследователи успешно создали простейшую искусственную клетку, способную перемещаться с помощью химических веществ, подобно живым клеткам.
Хемотаксис — это важнейшая навигационная система, которую клетки используют для определения своего пути, будь то бактерии, ищущие пищу, или лейкоциты, движущиеся для борьбы с инфекцией.
Исследователи из Института биоинженерии Каталонии (IBEC) показали, как запрограммировать крошечные пузырьки на отслеживание химических следов.
В исследовании подробно описывается создание «минимальной клетки», которая по сути представляет собой крошечную липидную везикулу (микроскопический пузырек).
Его особенность в том, что он инкапсулирует ферменты и может передвигаться с помощью хемотаксиса, то есть активно двигается в ответ на химические сигналы.
Эти липидные везикулы можно запрограммировать на перемещение к определенным веществам, имитируя движение живых клеток, таких как бактерии, лейкоциты и даже сперматозоиды.
«Нас особенно поражает то, что этот тип направленного движения может происходить даже без участия сложного механизма, обычно задействованного в этом процессе, такого как жгутики или запутанные сигнальные пути. Воссоздав его в минимальной синтетической системе, мы стремимся раскрыть основные принципы, которые делают такое движение возможным», — пояснила Барбара Борхес Фернандес, аспирантка и первый автор исследования.
Искусственное движение клеток
Для достижения своей цели исследователи наблюдали, как движутся клеточные везикулы под воздействием различных концентраций глюкозы и мочевины.
Они поместили ферменты глюкозооксидазу или уреазу внутрь липосом (везикул на основе липидов) для преобразования этих веществ в конечные продукты.
Решающим шагом стало добавление в липосомы белка мембранной поры.
Ферменты преобразуют определенные вещества, а поры выполняют функцию каналов обмена.
Представьте себе липосому как лодку. Поры и фермент служат её двигателем и навигационной системой, направляя её точно к месту назначения.
Это активное движение основано на «нарушении симметрии».
Захват ферментов внутри везикулы и использование пор для обмена химическими веществами создает неравномерную концентрацию вокруг частицы.
Этот небольшой дисбаланс затем создает поток жидкости, который продвигает везикулу в определенном направлении.
Команда IBEC тщательно проанализировала более 10 000 везикул.
Результаты их исследований оказались примечательными: по мере увеличения количества пор искусственные клетки демонстрировали более сильную хемотаксическую реакцию, двигаясь непосредственно в сторону более высоких концентраций желаемых веществ.
Понимание функционирования клеток
Профессор Батталья подчеркивает, что путем упрощения биологических систем, например, путем создания искусственной клетки, имеющей только жировую оболочку, один фермент и пору, исследователи могут раскрыть фундаментальные принципы клеточной коммуникации и транспорта.
Он рассматривает этот минималистский подход, присущий синтетической биологии, как способ раскрыть элегантную, глубинную химию, которая управляет сложными биологическими процессами.
«Эти синтетические клетки подобны чертежам природной навигационной системы. Строить просто, понимать глубоко», — сказал Батталья, профессор исследований ICREA в IBEC, главный исследователь группы молекулярной бионики и руководитель исследования.
Исследование — это не просто научный курьёз.
Возможность создания искусственных клеток позволяет понять, как ранние простые клеточные единицы могли эволюционировать в сложные формы жизни, которые мы наблюдаем сегодня.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.
Sourse: interestingengineering.com
