Биоинженеры смоделировали работу простейшей синтетической формы жизни
Детальную симуляцию созданного ранее искусственного минимикроба совместно разработали биоинженеры из Института Дж. Крейга Вентера, Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне, США и Дрезденского технического университета в Германии, 23 января сообщают на сайте научных новостей Science Alert.
Профессор химии Иллинойского университета Зайда Люти-Шультен, возглавлявшая группу исследователей, так прокомментировала результаты проделанной работы: «Что нового здесь, так это то, что мы разработали трехмерную, полностью динамическую кинетическую модель живой минимальной клетки, которая имитирует то, что происходит в реальной клетке».
В статье «Фундаментальные модели поведения, созданные в результате моделирования живой минимальной клетки», опубликованной в журнале Cell, ученые обясняют цель выполненной работы: главной целью молекулярной биологии является объяснение основных процессов жизни с точки зрения законов физики и химии.
При этом полное описание состояния живой клетки требует знания ее размера, формы, компонентов, внутриклеточных реакций и взаимодействий с окружающей средой, причем всё это зависит еще от времени и ее возраста. Поэтому моделирование полного описания состояния клетки является очень сложной задачей.
Собрать воедино полный набор подробных описаний всего, начиная от генов и заканчивая питательными веществами, просто невозможно, даже для сравнительно простых бактерий.
Идеальной системой для такой модели цельной клетки была бы минимальная клетка, состоящая из как можно меньшего количества генов и реакций, необходимых для роста и деления клетки. Такая клетка была создана искусственно: JCVI-syn3A представляет собой генетически минимальную бактериальную клетку, состоящую всего из 493 генов.
Геном Syn3A был синтезирован на основе известной последовательности генома природного родительского грамположительного организма Mycoplasma mycoides subsp, который был искусственно уменьшен для получения минимального генома, продуцирующего живые клетки, которые растут, делятся примерно за 100 минут и имеют постоянную сферическую форму с диаметром 400–500 нм.
Снижение сложности и масштаба Syn3A предоставило уникальную возможность разработать почти полную кинетическую модель цельной клетки.
«Наша модель открывает окно во внутреннюю работу клетки, показывая нам, как все компоненты взаимодействуют и изменяются в ответ на внутренние и внешние сигналы. Эта модель — и другие, более сложные модели — помогут нам лучше понять фундаментальные принципы жизни» — рассказывает Зайда Люти-Шультен.
С помощью модели ученые установили, что большая часть энергии миниклетки шла на поглощение необходимых ей веществ через мембраны. Также было получено хронологически точное описание генетических и метаболических реакций, объяснена взаимосвязь между скоростью производства липидов и белков в мембране и изменения формы клетки.
Кроме того, используя разработанную модель, исследователи, чтобы определить, как различные гены влияют на ее функцию, могут снова усложнять ее, что расширяет значение созданной модели.
