Спочатку клітини з синтетичними органелами

Дослідники вводять фабрики штучних білків у клітини ссавців

Дослідники впровадили штучні органели в клітини ссавців - заводи синтетичного білка, які також можуть включати екзотичні амінокислоти. © EMBL
читати вголос

Штучна клітинна складова: вперше дослідники побудували заводи синтетичного білка та впровадили їх у клітини ссавців. Ці штучні органели дозволяють клітинам виробляти нові білки з амінокислот, що не зустрічаються в природі. Але інші функціональні розширення клітини можливі завдяки таким захопленим структурам, повідомляють вчені в журналі "Science".

Вони працюють над основами життя: вчені більше не обмежуються маніпулюванням генами та генною активністю клітин і живих істот - в синтетичній біології вони хочуть сконструювати абсолютно нові, штучні клітини та клітинні компоненти. Поки їм вдалося розширити ДНК-код, виробляючи синтетичні хромосоми і навіть продукуючи живі клітини з повністю штучно генерованим геномом.

Завод екзотичних білків

Інший крок зараз зробили дослідники на чолі з Крістофером Рейнкемеєром з Європейської лабораторії молекулярної біології (EMBL) у Гейдельберзі. Вони сконструювали штучні органели. У нормальних клітинах органели виконують важливі завдання, такі як рибосоми, білкові фабрики клітин. Дозволяючи деяким завданням протікати в окремих відсіках, природа запобігає впливу перешкод і дозволяє поєднати багато складних функцій в одній клітині.

Метою дослідників було розширити природний спектр функцій клітин додатковими, штучними органелами. Для цього вони побудували біохімічну систему, яка може збирати білки, схожі на амінокислотні рибосоми. Ця синтетична органела складається з багаточастинного комплексу. Частина його перетворює певні частини РНК-месенджера в інструкції щодо побудови білків амінокислот, що не зустрічаються в природі. Далі компоненти забезпечувались для отримання цих екзотичних білків.

"Наша органела може таким чином виробляти білки з синтетичних амінокислот. Ми більше не залежні від природних явищ у наших клітинах », - каже співавтор Gemma Estrada Girona з EMBL. дисплей

Відсутня мембрана і все ще функціонально відокремлена

В ході експерименту вчені вводили свої штучні компоненти в клітини ссавців, а потім спостерігали, наскільки добре синтетичні органели працюють в культурі клітин. Важливим аспектом цього є те, що оскільки введений комплекс потребує месенджерної РНК клітини та амінокислот у цитоплазмі як сировини, штучну органелу не дозволяли повністю ізолювати від клітинного середовища.

"Тому ми наслідували концепцію еволюції", - пояснюють дослідники. Оскільки еукаріотичні клітини по суті мають деякі органели, які не оточені власною мембраною і тим не менш утворюють функціонально окремі одиниці, окрім рибосом, до них належать ядерце та центросома. Це стає можливим завдяки спеціальним хімічним властивостям органел, які призводять до поділу фаз і концентрації пов'язаних компонентів в одній точці плазми.

Це саме той принцип, який використовували Рейнкем'єр та його колеги для своєї штучної фабрики білків. "Новаторство в цьому полягає в тому, що нові функції працюють лише в обмеженому просторі - органелі - і, таким чином, навряд чи порушують решту клітинної техніки", - пояснює Жирона.

Інші конструкторські компоненти можливі

Вперше дослідники доповнили клітини ссавців синтетичними "конструкторськими" органелами. Поки що їхні штучні клітинні компоненти спеціалізуються на виробництві нових білків шляхом перекладу. Однак, за тим самим принципом, інші "функціональні розширення" можуть бути впроваджені в живі клітини в майбутньому. "Наприклад, ми могли б використовувати його для отримання флуоресцентних молекул у клітинах", - каже Рейнкем'єр.

Вчені впевнені, що з майбутніми версіями їхньої технології в клітини можуть бути вироблені ще кращі та універсальніші штучні органели. "Це відкриває шлях до перекладу на замовлення та виробництва білка через напівсинтетичні еукаріотичні клітини", - зазначають дослідники.

Однак такі втручання в основні складові життя не є безперечними і викликають цілу низку біологічних та етичних питань. (Science, 2019; doi: 10.1126 / science.aaw2644)

Джерело: Європейська лабораторія молекулярної біології

- Надя Подбрегар