Искусственные клетки действуют как настоящие

Говорят, что подражание является искренней формой лести, но подражая сложным сети и динамическим взаимодействиям, которые присущи живым клеткам, трудно достичь чего-то вне клетки. Ученые институт Вайсмана создали искусственную клеточную систему-сеть, которая способна воспроизводить динамические характеристики синтеза белка. Это достижение не только, вероятно, поможет получить более глубокое понимание основных биологических процессов, но может в будущем проложить путь к контролю синтеза природных и синтетических белков.

Говорят, что подражание является искренней формой лести, но подражая сложным сети и динамическим взаимодействиям, которые присущи живым клеткам, трудно достичь чего-то вне клетки. Ученые институт Вайсмана создали искусственную клеточную систему-сеть, которая способна воспроизводить динамические характеристики синтеза белка. Это достижение не только, вероятно, поможет получить более глубокое понимание основных биологических процессов, но может в будущем проложить путь к контролю синтеза природных и синтетических белков.

Система, разработанная аспирантами Эялем Карзбруном и Александрой Тайар в лаборатории профессора Роя Бар-Зива в Институте Вайсмана, в сотрудничестве с профессором Винсентом Нойроксом из Университета Миннесоты, включает несколько отсеков на биочипе. Эти отсеки - искусственные клетки, каждая по миллионной доле метра в глубину - подключаются через тонкие капилляры, создавая сети, которая позволяет диффузию биологических веществ в рамках всей системы. В каждом отсеке исследователи вставили геном клетки - нити ДНК, разработанной и управляемой самими учеными. Чтобы перевести гены в белки, ученые отказалась от контроля бактерии E.coli: заполняя отсеки экстрактом клеток E.coli, содержащим весь бактериальный механизм перевода белков без кода ДНК, ученые смогли сидеть сложа руки и наблюдать динамику синтеза белка.

По кодированию двух регуляторных генов, ученые создали скорость синтеза белка, который был периодический, спонтанно переключался с «Вкл.» на «Выкл.». Количество времени, которое длился каждый период, определялось по геометрии отсеков. Такое периодическое поведение - примитивный вариант развития событий клеточного цикла - появилось в системе, потому что синтезированные белки могут диффундировать из отсека через капилляры, имитируя поведение оборота природного белка в живых клетках. В то же время свежие питательные вещества непрерывно пополняются в отсеках и позволяют реакции синтеза белка продолжаться неопределенно долго. «Искусственная система клеток, в которых мы можем контролировать генетическое содержание и белковые разбавления, позволяет нам изучить связь между строением генных сетей и развивающейся динамикой белков. Это довольно сложно сделать в живой системе», говорит Карзбрун. «Мы разработали простой пример из сети клеток, и доказав концепцию, мы можем теперь двигаться вперед к более сложным генным сетям. Одной из целей является, в конечном счете, разработать содержание ДНК, подобную реальному геному, который может быть размещен в отсеках».