Първа стъпка към изкуствения живот

Биофизици създадоха първия работен прототип на изкуствена клетка на базата на течни кристали.

Учените създадоха материал от течни кристали и органични молекули, който притежава базови признаци на жива клетка – той е способен да се движи самостоятелно, да променя форма, да поглъща и отделя „гориво“.

Когато учените говорят за синтетичен живот, те обикновено подразбират създаването на химични и биологични аналози на живата клетка. По същина такъв организъм с нищо няма да се отличава по устройство и работа от съществуващите днес микроби.

Първият опит да се създаде такъв организъм бил предприет през 2010 година. Известният американски биолог предприемач Крейг Вентър представи на света „Синтия“, изкуствената бактерия.

Вентър и екипът му са „изневерили“ при създаването на този микроб – всъщност учените от Института на изследователя вдъхнали живот не на пълноценен организъм, а създали изкуствен аналог на хромозома на микроба Mycoplasma mycoides, от който бил отстранен „боклукът“ и били добавени „копирайти“ (кодирани имена на учените и цитати на знаменитости).

Тази синтетична ДНК била вградена в клетка на родствена бактерия, от която бил отстранен целият генетичен материал, което позволило на Вентър да претендира за създаването на синтетичен живот. Повечето учени обаче не се съгласили с него.

Изкуственият организъм, създаден от Андреас Бауш от Технологичния институт на Мюнхен и негови колеги от Германия, Италия и САЩ, е нещо като отстъпление от представите на молекулярните биолози за това как трябва да изглежда синтетичният живот.

Биофизиците не дръзнали да създават пълни химични аналози на различни компоненти от клетката, а се опитали да възпроизведат базовите черти на клетката като цяло.

По своето устройство тяхното отроче напомня не на съвременните бактерии или археи, а на най-примитивните протоклетки, съществували в „супата“ на първичния океан на Земята в далечното минало.

Такива организми нямали ДНК и обслужващи я елементи, обособени структури, събиращи белтъци, сигнални молекули и прочие съединения. Всъщност те представлявали „супа“ от реагиращи помежду си сложни органични молекули, отделени от външния свят с полупроницаема мембрана.

Клетката на Бауш се състои не от два, а от три компонента – сферична мастна обвивка и молекули на два белтъка – тубулин и кинезин. Първият от тях прилича по форма на микроскопична тръбичка и се явява основна „рамка“ на всички живи клетки, а вторият може да се нарече своеобразен биологичен „мотор“, който е способен да привежда в движение присъединените към него молекули, движейки се по повърхността на влакната на тубулина.

Експериментирайки с тубулина, изследователите забелязали, че при достатъчно висока концентрация на белтъка сместа от неговите тръбички се превръща в подобие на течни кристали, които днес може да се срещнат в екраните на телевизорите, мониторите и други цифрови устройства.

Такива кристали имат едно отличително свойство, произтичащо от известната на математици и физици „теорема за сресването на таралежа“. Най-общо тя гласи, че сфера с произволна форма (свит на кълбо таралеж) е невъзможно да се покрие с линии (да се „среши“) равномерно (по такъв начин, че игличките му да не бодат) без появата на неравности.

От гледна точка на физиката това означава, че повърхността на сфера, покрита с такива „иглички“, непрекъснато ще променя своята форма, в случай че нещо движи кристалите. В случая с клетката на Буш такъв източник на движение се явяват молекулите кинезин, присъединени към влакната на тубулина.

Ако в епруветката със синтетичната клетка се добави разтвор аденозинтрифосфат (АТФ) – енергийните молекули във всички живи организми, то тя започва да променя своята форма и да извършва движения в различни посоки, както това правят истинските и простите микроби. Освен това, ако се промени концентрацията на АТФ в хранителната среда или вътре в самата клетка, тя може да се накара да се движи в посоката, където се намира повече „храна“.

„Създадената от нас синтетична биомолекулярна клетка открива нови пътища за провеждане на експерименти с минималистични аналози на живи организми. Пълнежът на такава клетка може гъвкаво да се променя, добавяйки или отстранявайки нови молекули, което позволява тя да се използва за възпроизвеждане на такива биологични процеси като миграция или делене на клетката.

Принципите на работа на такава клетка може лесно да се опишат от гледна точка на физиката, което ни дава надежда, че в близко бъдеще ще можем да открием всички базови закони, управляващи развитието и зараждането на живота“, заключава Бауш.

Рецептата за създаване на изкуствен живот и резултатите от наблюденията на първите му стъпки са представени в сп. Science.