Ученые умеют синтезировать ДНК, собирать оболочки из липидов и запускать отдельные биохимические реакции. Созданы клетки с очень сокращенным геномом, а искусственные пузырьки могут производить белки или делиться при определенных условиях. И все же полноценную живую клетку, собранную целиком из неживых компонентов, пока не получили.
Причина не в отсутствии одного секретного ингредиента. Клетка — это согласованная система из тысяч процессов. Мембрана должна отделять внутреннюю среду, но пропускать нужные вещества. Генетическая информация должна копироваться, белки — производиться и складываться в правильную форму, энергия — поступать вовремя, а повреждения — исправляться.
2. Разве синтетическую клетку уже не создавали?
В новостях «синтетической клеткой» часто называют организм с искусственно собранным геномом. Известный проект JCVI создал химически синтезированную бактериальную хромосому и поместил ее в клетку, из которой удалили собственную ДНК. Новый геном взял управление на себя, клетка росла и делилась.
Это крупное достижение, но исходная оболочка, рибосомы, ферменты и внутренняя среда были взяты у уже живой бактерии. Позже исследователи получили минимальную клетку с несколькими сотнями генов. Даже в таком сокращенном организме функции части генов долго оставались неясными. Минимальный не означает простой.
Есть и другой путь — сборка снизу. Ученые помещают ДНК, рибосомы, ферменты и источники энергии в липидные пузырьки. Такие протоклетки способны выполнять отдельные задачи: синтезировать молекулы, поддерживать простые реакции, увеличиваться или менять форму. Но объединить все функции в устойчивый цикл пока не удалось.
3. Что труднее всего согласовать?
Главная проблема — взаимная зависимость. Для копирования ДНК нужны белки, а для производства белков нужна информация в ДНК и работающие рибосомы. Мембрана должна расти одновременно с содержимым. Деление обязано распределять жизненно важные компоненты между дочерними клетками, иначе одна из них окажется пустой.
Живой организм также не находится в равновесии. Он постоянно получает энергию и вещества, выводит отходы и регулирует скорость реакций. Если собрать правильные молекулы в пробирке, они не обязательно образуют работающую систему. Важны их количество, расположение и последовательность событий.
Наконец, жизнь не просто повторяется. Она наследует изменения, и естественный отбор сохраняет удачные варианты. Искусственная клетка должна быть достаточно точной, чтобы не разрушиться за несколько поколений, и достаточно изменчивой, чтобы эволюционировать.
4. Зачем тогда пытаться?
Сборка клетки проверяет наше понимание жизни строже любого описания. Если система не работает, становится видно, какого процесса не хватает. Такие исследования помогают разрабатывать лекарства, безопасные биотехнологии и модели для поиска жизни за пределами Земли.
Есть и вопрос безопасности. Чем автономнее искусственная система, тем важнее ограничения ее выживания вне лаборатории, контроль обмена генами и прозрачная оценка риска. Поэтому осторожность здесь является частью хорошей науки.
Важно:«синтетическая», «минимальная» и «созданная из неживого» клетка — не одно и то же. Большинство громких результатов используют компоненты или цитоплазму ранее существовавшей жизни.
Похоже, клетка трудна для сборки именно потому, что жизнь — это не предмет, а непрерывно поддерживаемый процесс. Мы уже умеем воспроизводить многие детали, но еще учимся соединять их в целое, которое само сохраняет себя, размножается и эволюционирует.
