Забудьте всё, что вы читали в учебниках по биологии. Это уже не магия. Это химия.
Исследователи из Университета Миннесоты только что создали клетку, которая питается, растёт, делится и эволюционирует. Они назвали её SpudCell — название звучит слегка неформально для столь масштабного прорыва, но факт остаётся фактом. Это не модифицированная бактерия и не изменённый вирус. Это синтетическая сущность, собранная из неживых компонентов, способная пройти полный жизненный цикл.
Подумайте об этом.
«ДНК — это программа для всех живых организмов».
Доктор Катажина Адамала, ключевая фигура в этом проекте, выразилась предельно просто. Обычно мы воспринимаем генетику как сложную, переплетённую историю. Человеческий геном состоит из 3 миллиардов пар оснований. Он тяжёлый и неповоротливый. Учёные раньше полагали, что живая клетка не может существовать с геномом меньше 113 001 пары оснований. SpudCell отнеслась к этому ограничению с иронией.
Её геном? Всего 90 000 пар оснований, распределённых по семи или восьми участкам плазмид. Он крошечный. В нём оставлен только необходимый минимум кода, чтобы заявить: «Я существую, и теперь мне нужно две копии себя».
Питание ради деления
Естественные клетки наследуют механизмы, отточенные миллиардами лет выживания. SpudCell не унаследовала ничего, кроме химического рецепта. Команда создала её из жировых мембран, сформированных в маленькие мешочки, называемые липосомами. Внутри? Упрощённая «фабрика» по производству белков и тот самый крошечный кольцевой геном.
Но как поддерживать жизнь «пластикового пакета», полного ферментов? Его нужно кормить.
Система работает безжалостно. Синтетические клетки производят модифицированный бактериальный поровый белок. Он высовывается сквозь мембрану, словно антенна, демонстрируя химический маркер. Затем исследователи добавляют более мелкие «кормовые» липосомы — по сути, пакеты с питательными веществами, ферментами и строительными блоками — на поверхности которых есть соответствующие маркеры.
Когда маркеры совпадают, клетка поглощает пакет.
Слияние двух структур и доставка свежих сырьевых материалов — процесс, который исследователи сравнивают с хищником, поглощающим добычу, которая специально поддерживается в избытке.
Это не gentle (нежное) пищеварение. Это химическая ловушка. Клетка растёт, «крадя» ресурсы из внешних запасов. Когда она раздувается, в игру вступает фермент, позаимствованный у бактериального вируса, который копирует тот крошечный ДНК-код. Затем механически клетка разделяется на две дочерние.
Вот в чём загвоздка: у неё нет скелета.
Настоящие клетки имеют сложную цитоскелетную структуру для сортировки ДНК во время деления, гарантируя, что каждая дочерняя клетка получит ровно одну копию. У SpudCell ничего этого нет. Нет рук. Нет направляющих. Она просто делится. Когда исследователи отслеживали пять поколений, примерно 30% выживших дочерних клеток сохранили свой полный семичастный геном. Не идеально. Но и не ноль.
Это хаотично. Это неэффективно. И это сработало.
Отбор, даже без души
Интересуется ли дарвиновская эволюция тем, реальны вы или нет? Apparently (Очевидно), нет.
Для проверки команда модифицировала систему. Они создали версию белка питания, которая работала быстрее. Клетки с «быстрым» геном захватывали кормовые пакеты быстрее. Когда их смешали с медленными клетками и оставили конкурировать за ресурсы, математика стала предсказуемо скучной.
За пять поколений быстрые клетки захватили доминирующее положение. В одном эксперименте их доля выросла с паритета 50/50 до 61%.
Затем они зажали гайку. Они сократили количество кормовых липосом. Голод стал нормой.
Быстро растущие клетки не просто выжили. Они процветали. Превосходя медленных по численности в два раза.
Является ли жизнь просто эффективностью?
Или эффективность — это и есть жизнь?
Это доказывает тезис, который преследует биологию на протяжении столетий: вам не нужна искра. Вам не нужна душа. Вам нужен лишь цикл. Вводите энергию, копируйте инструкции, делитесь, повторяйте.
Исследователи также решили проблему хаотичного деления, упомянутую ранее. Инженерно создав белки, которые скапливаются на поверхности, они смогли физически перепинать мембрану пополам. Этот новый механизм деления также связан с преимуществом в питании. Быстрые едоки могут сжиматься и размножаться чаще. Отбор бьёт больно, когда ресурсы скудны.
«Это доказывает, что самые фундаментальные функции жизни, такие как рост и репликация, не нуждаются в таинственной магической искре».
Доктор Адамала звучит почти восторженно. И кто может её винить? Она говорит, что это самый захватывающий проект в её карьере. Они воспроизвели биологию с помощью химии.
Но есть подвох. Система хрупкая. Она работает в пробирке. Это лишь начало, едва ли. Статья, опубликованная в июле на bioRxiv Натаниэлем Дж. Готом и коллегами, признаёт, что для создания надёжных и практических решений потребуется международная помощь.
Это начало. Доказательство концепции создания жизни с нуля. Мы упростили её до 90 000 пар оснований.
Где она закончится? Имеет ли значение, из чего она сделана, если она размножается? Вопрос остаётся открытым.
