Создана искусственная клетка со способностями как у живой
Ученые из Университета Нью-Йорка и Университета Чикаго создали искусственный аналог живой клетки. Он автономно захватывает, обрабатывает и высвобождает вещества. Возможно, эти клетки будут доставлять лекарства или даже очищать окружающую среду.
Работа опубликована в Nature, коротко о ней сообщает GEN News.
Эксперимент показал, что искусственная клетка может поглощать микроскопические частицы из среды, концентрировать, хранить их в себе, доставлять и выделять. Живые клетки делают это с помощью активного транспорта.
«Благодаря нашему дизайну искусственные клетки смогут существовать автономно. Кроме того, им станут доступны функции, которые раньше выполняли только живые клетки с помощью активного транспорта, — говорит ведущий автор исследования Стефано Саканна. — В основе конструкции внутренний элемент, который обеспечивает клетку энергией, и физическая граница — клеточная стенка, которая позволяет захватывать и выделять частицы».
Важнейшая функция живой клетки — получать энергию из окружающей среды и использовать ее, чтобы закачивать и выкачивать из себя молекулы. Активный транспорт происходит, когда клетка перемещает молекулы из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией. Благодаря активному транспорту клетки получают такие необходимые молекулы, как глюкоза и аминокислоты, запасают энергию, выделяют ненужное.
«Активный транспорт обеспечивает клеткам сложные функции вроде подвижности, чувствительности и самовоспроизведения», — говорят ученые.
Десятилетиями ученые пытались создать искусственные клетки, которые повторяют свойства живых. Но сложные функции, например активный транспорт, воспроизвести не удавалось.
В работе ученые сделали из искусственного полимера сферическую мембрану размером с эритроцит. В мембране проделали микроскопическое отверстие, через который могут проходить вещества, — получилась имитация белкового канала.
Но чтобы имитировать активный транспорт, нужна энергия. В живой клетке ее в форме АТФ производит митохондрия. В отверстие искусственной клетки ученые поместили компонент, который действует как насос, если на него посветить.
На свету происходит химическая реакция, насос втягивает частицы внутрь клетки. Когда насос выключен, частицы остаются внутри и обрабатываются. Если идет обратная реакция, содержимое выбрасывается наружу.
Насос управляется синим светом, а перекись водорода служит топливом. На свету элемент катализирует разложение перекиси, в клетки накапливаются побочные продукты, появляется градиент концентрации. Поэтому частицы из окружающей среды устремляются внутрь клетки, подхватывая нужные молекулы.
После загрузки клетки могут храниться месяцами без потери содержимого. А в необходимый момент могут высвобождать молекулы. Поэтому одно из потенциальных применений искусственных клеток — доставка лекарств.
В эксперименте клетки поглотили микроскопические частицы в загрязненной воде. Значит, потенциально они могут очищать окружающую среду.
«Представьте себе игру Pac-Man. Как в ней, наши клетки двигаются и поедают загрязнения», — говорит Сканна.
В другом эксперименте искусственные клетки поглотили бактерию E. coli. Они могут стать новым оружием против бактерий в организме.
Искусственную клетку мозга научили запоминать информацию — пока только в рамках компьютерной модели
Технологический прорыв дает новую надежду людям с больным сердцем
