Создана первая синтетическая клетка, способная расти и делиться

Учёные из Миннесотского университета под руководством профессора Кейт Адамалы построили клетку с нуля из неживых химических компонентов. Создание, получившее название SpudCell, способно питаться, расти и размножаться, как естественная клетка, хотя и остаётся ограниченным и хрупким прототипом. Это достижение может открыть эру создания организмов по заказу, функционирующих как живые машины. 

Клетка не является ни растением, ни животным, но наиболее близка к простой бактерии. Адамала пояснила, что ей известен полный список ингредиентов клетки — точные химические вещества и молекулы в определённых концентрациях. Это означает, что клетка полностью определена и может быть сконструирована для выполнения конкретных задач.

Учёные десятилетиями биоинженерили естественные клетки для решения человеческих проблем. Классический пример — вставка человеческого гена инсулина в бактерии E. coli для производства инсулина. Синтетические клетки, по мнению учёных, могут стать следующим рубежом, потенциально приводя к разработке новых методов лечения рака, улавливания углерода или производства химикатов.

SpudCell состоит из 150–200 молекул, что значительно меньше естественной клетки, содержащей миллионы или миллиарды молекул. Клетка питается, растёт и размножается примерно в течение пяти поколений. Каждое поколение требует питания и занимает около двенадцати часов при температуре 30 градусов по Цельсию. Для сравнения, E. coli делится каждые тридцать минут. Геном синтетической клетки значительно меньше естественного — 90 тысяч пар оснований против 4,6 миллиона у E. coli.

Хотя SpudCell может размножаться, она использует иной механизм, чем естественная клетка. Вместо цитоскелета она производит белки, которые скапливаются у мембраны, заставляя её разделяться. Клетка также неспособна производить собственные рибосомы и использует рибосомы E. coli, поступающие с питанием.

Адамала назвала своё создание SpudCell, обыгрывая название спутника «Спутник», открывшего космическую эру в 1950-х годах. Она надеется, что это начало настоящей эры биоэкономики, позволяющей инженерной биологии решать задачи человечества. Вместе с коллегами она основала общественно-полезную организацию Biotic, которая будет распространять технологию синтетической клетки среди исследователей.

Юваль Элани, доцент Имперского колледжа Лондона, отметил, что создание клетки с нуля означает, что учёные больше не связаны ограничениями и эволюционным багажом естественной биологии. Это открывает возможность проектировать системы и программировать их на выполнение задач, которые живые клетки не выполняют легко или вообще не выполняют. Том Эллис, профессор синтетической геномной инженерии, назвал клетку, вероятно, самым большим прорывом последнего времени в области синтетических клеток.

Ключевым достижением исследователей является демонстрация того, что синтетические клетки подвержены силам отбора. Когда они ввели генетическое изменение, увеличивающее производство белка роста, клетки с этим изменением росли и делились быстрее. Однако, поскольку изменение было введено в систему, а не возникло как спонтанная мутация, SpudCell нельзя считать эволюционирующей. Способна ли SpudCell считаться жизнью — остаётся открытым вопросом. Дрю Энди, соучредитель Biotic, отметил, что Адамала сконструировала клетку, но не создала жизнь в полном смысле этого слова. Учёные пока не до конца понимают жизнь, и создание клетки — это больше похоже на инженерное достижение.

В своей нынешней форме SpudCell не представляет биологической опасности и не может быть использована для создания биологического оружия. Она может делиться только при полном обеспечении питательными веществами, включая рибосомы. Однако в будущем, по мере развития технологии, потребуется тщательное управление безопасностью. Адамала и Энди подчеркнули, что поскольку SpudCell может быть построена снизу, можно будет встроить средства защиты в геном клетки. Они также отметили, что существуют гораздо более простые способы создания патогенных организмов для злонамеренных целей.

Через Biotic, которая будет лицензировать технологию, создатели надеются, что SpudCell станет общим глобальным стандартом для синтетической биологии, работая как открытая операционная система. Лори Золот, профессор религии и этики, отметила, что создание Biotic может помочь решить этические вопросы: кто получает выгоду, кто принимает решения о использовании, кто устанавливает ограничения.

Адамала подчеркнула, что цель — сделать основную технологию SpudCell открытой для всех желающих, с бесплатным использованием для академических и некоммерческих организаций и лицензионными сборами для коммерческого применения. Сейчас SpudCell не может производить ничего полезного и недостаточно эффективна. Однако Адамала выразила надежду, что международное сообщество сможет ускорить разработку, чтобы сделать клетку полезной для решения реальных задач.