Никто ещё не создал полностью функционирующую искусственную клетку. Однако исследовательская группа из Орхусского университета сделала шаг в этом направлении.
Они оснастили искусственные клетки крошечными двигателями, вдохновлёнными необычным механизмом движения, обнаруженным в природе — а именно у бактерии Listeria monocytogenes. Результат: искусственные клетки, которые могут формировать внутренние сети белковых нитей — функция, ранее уникальная для живых клеток.
Исследование [опубликовано](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c12624) в ACS Nano.
Внутри живых клеток Listeria monocytogenes продвигается вперёд, формируя длинные нити белка актина (структурного белка, обнаруженного во всей клетке), которые толкают её вперёд, как микроскопический ракетный двигатель. Исследователи воспроизвели этот принцип на наноуровне.
«Мы хотели выяснить, могут ли наномоторы — наночастицы, способные двигаться за счёт полимеризации актина — помочь нам построить своего рода внутренний скелет внутри искусственных клеток», — объясняет Мигель А. Рамос-Докампо, доцент Междисциплинарного центра нанонаук (iNANO) в Орхусском университете. «Наномотор использует механизм движения, изобретённый природой, но мы используем его для совершенно другой цели».
Искусственные клетки состоят из везикул — мембранных сфер с жидким содержимым, — в которые исследователи внедрили наномоторы. На поверхности этих моторов была активирована полимеризация актина, в результате чего во всех направлениях выросли длинные белковые нити. В то же время наномоторы начали двигаться быстрее, поскольку нити актина толкали их вперёд — как и Listeria. Получившаяся сеть напоминает цитоскелет (внутренний каркас и транспортную сеть клетки), обнаруженный в живых клетках.
Однако, в отличие от естественных клеток, где движение и организация контролируются сложной биологической сигнализацией, искусственные клетки и наномоторы полагаются на более простой механизм.
«Наши искусственные клетки не двигаются и не организуются так, как настоящие клетки. Но, переосмыслив стратегию движения Listeria, мы можем создать синтетические системы, которые самоорганизуются», — говорит Бригитта Стэдлер, профессор iNANO.
Исследовательская группа объединяет опыт в области химии, биофизики, нанотехнологий и математики. Это междисциплинарное сотрудничество было необходимо для понимания и моделирования того, как крошечные двигатели движутся и организуются внутри искусственных клеток.
В частности, исследователи открыли новые горизонты, интегрировав две разные и отличные области исследований, которые обычно не исследуются вместе: искусственные клетки, которые лежат в основе восходящей синтетической биологии, и наномоторы, область исследований, которая обычно ассоциируется с активным веществом (системами, способными к самодвижению).
«Живые системы чрезвычайно сложны, — говорит Стэдлер. — Имитация даже небольшой части их поведения требует сочетания экспериментов, теоретического моделирования и нанотехнологического проектирования. Эта работа демонстрирует, как движение и структурная организация могут быть связаны в рамках одной согласованной системы».
В живых клетках цитоскелет представляет собой динамическую структуру, которая постоянно собирается и разбирается. Искусственная версия всё ещё далека от такого уровня сложности, но исследование показывает, как движение и внутренняя организация могут возникнуть в синтетических системах.
«Это ранний шаг, но он помогает нам понять, что нужно для имитации даже небольшой части функции клетки», — говорит Рамос-Докампо. «Это показывает, что мы можем создавать функциональность снизу вверх — не копируя всю сложность биологии».
Сейчас они изучают, как спроектировать искусственные клетки, которые могут не только формировать внутренние структуры, но и реагировать на окружающую среду или взаимодействовать с живыми клетками.
«Мы не пытаемся воссоздать жизнь, — говорит Стэдлер. — Мы пытаемся понять и воспроизвести отдельные [подобные жизни функции]. Наши искусственные клетки просты и стабильны, и мы можем программировать их поведение. Это открывает новые возможности как для фундаментальной науки, так и для будущих технологий».
Предоставлено [Орхусским университетом](https://phys.org/partners/aarhus-university/).