Международная команда исследователей из Гарвардского университета (США) и Университета Согана (Южная Корея) разработала искусственную клеточную структуру, которая использует фотосинтез для метаболических реакций, включая преобразование энергии и образование цитоскелета. Результаты исследования опубликованы в Nature Biotechnology.
Чтобы создать синтетическую клетку, обычно используют два подхода. Первый – разработать искусственный генетический код и «встроить» его в живую клетку (предварительно удалив родную ДНК), тем самым «перепрограммируя» ее. Второй – создать с нуля простую клеточную структуру, которая имитирует функции живых клеток. Одна из самых больших проблем в этом втором подходе – добиться того, чтобы в клетке de novo протекали все сложные химические и биологические реакции. Ученым из США и Южной Кореи удалось впервые активировать метаболическую активность со светом в искусственной клетке.
Чтобы построить эту синтетическую систему, исследователи разработали фотосинтезирующую органеллу (клеточную структуру, которая выполняет конкретные функции в клетке). Ученые позаимствовали два белковых «фотоконвертера» – один у растений, другой – у бактерий, которые могут преобразовывать энергию света в энергию химических связей – и «упаковали» их вместе, в одну клетку. В предыдущих исследованиях другие ученые также использовали эти белки, но отдельно друг от друга.
Эти два фотопреобразователя чувствительны к разной длине волны света: один – к красной, другой – к зеленой. Белки были встроены в простую липидную мембрану вместе с ферментами, которые продуцируют аденозинтрифосфат (АТФ), универсальный источник энергии для всех биохимических процессов в клетках. Когда мембрана освещена красным светом, происходит фотосинтетическая химическая реакция, вызывающая АТФ. Когда мембрана освещена зеленым светом, производство прекращается. Таким образом можно «включать» и «выключать» фотосинтез, что позволяет исследователям контролировать многие реакции внутри клетки, в том числе полимеризацию актина, важнейшего строительного белка цитоскелета и тканей.
[Фото: Phys.org]
