27 марта 2021 года

Одна из серьезных проблем при производстве синтетических клеток заключается в том, что они должны иметь способность делиться, чтобы иметь потомство. В журнале Angewandte Chemie команда из Гейдельберга представила воспроизводимый механизм деления синтетических везикул. Он основан на осмосе и может управляться ферментативной реакцией или светом.

Организмы не могут просто появиться из неодушевленного материала («абиогенез»), клетки всегда происходят из уже существующих клеток. Перспектива создания синтетических клеток с нуля меняет эту парадигму. Однако одним из препятствий на этом пути является вопрос контролируемого деления – требование иметь «потомство».

Группа специалистов из Института медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге, Гейдельбергского университета, Школы Макса Планка «Материя в жизнь» и Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order, возглавляемая Керстин Гепфрих, достигла важной вехи в достижении полного контроля над деление пузырьков. Для этого они создали «гигантские однослойные везикулы», которые представляют собой пузырьки микрометрового размера с оболочкой из липидного бислоя, напоминающей естественную мембрану. Различные липиды были объединены для получения разделенных на фазы везикул – везикул с полушариями мембран, которые имеют разный состав. Когда концентрация растворенных веществ в окружающем растворе увеличивается, осмос заставляет воду выходить из пузырька через мембрану. Это уменьшает объем везикулы, сохраняя при этом поверхность мембраны равной. Возникающее в результате напряжение на границе раздела фаз деформирует везикулы. Они сужаются вдоль своего «экватора» – все больше с увеличением осмотического давления – до тех пор, пока две половины полностью не разделятся, образуя две (теперь однофазные) «дочерние клетки» с разным составом мембран. Когда происходит разделение, зависит только от соотношения концентраций осмотически активных частиц (осмолярности) и не зависит от размера везикулы.

Метод повышения осмолярности также не играет роли. Методы, использованные командой, включали использование раствора сахарозы и добавление фермента, который расщепляет глюкозу и фруктозу, чтобы медленно увеличивать концентрацию. Использование света для инициирования расщепления молекул в растворе дало исследователям полный пространственный и временной контроль над разделением. Использование строго контролируемого местного облучения позволило избирательно увеличивать концентрацию вокруг единственной везикулы, вызывая ее избирательное деление.

Ученые также смогли вырастить однофазные клетки обратно в разделенные по фазе везикулы, сливая их с крошечными везикулами, имеющими мембрану другого типа. Это стало возможным благодаря прикреплению одиночных цепей ДНК к обоим типам мембран. Они связываются друг с другом и приводят мембраны дочерней клетки и мини-везикулы в очень тесный контакт, так что они могут сливаться. Образующиеся в результате гигантские пузырьки могут впоследствии подвергнуться дальнейшим циклам деления.

Хотя эти синтетические механизмы деления значительно отличаются от таковых у живых клеток. возникает вопрос, сыграли ли подобные механизмы роль в зарождении жизни на Земле или же они участвуют в формировании внутриклеточных пузырьков »

.

Керстин Гёпфрих