Для того чтобы получить искусственные многоклеточные организмы исследователям из Йоркшира, Северной Каролины и Татарстана потребовались лишь дрожжевые клетки, катионные полимеры и пузырьки воздуха.

Новые искусственные многоклеточные организмы, получившие название дрожжесомы (yeastosomes), были созданы Равилем Фахруллиным (Rawil Fakhrullin) из Казанского (Приволжского) федерального университета, Мари-Лор Брэнди (Marie-Laure Brandy), Оливье Кэйр (Olivier J. Cayre), Орлином Велевом (Orlin D. Velev) из Университета Северной Каролины и Весселином Пауновым из Университета Халла.

Статья российских, американских и британских ученых про дрожжесомы получила статус «статьи номера» («cover story») шестого журнала королевского химического общества Soft Matter. (Рисунок из Soft Matter, 2010, 6, 3494, DOI: 10.1039/c0sm00003e)

Ранее Фахруллин и Паунов уже создавали искусственные многоклеточные колонии дрожжевых клеток – цитозомы (cellosomes). Для получения цитозомов исследователи наносили слои дрожжевых клеток на шаблоны из различных модификаций карбоната кальция, после нанесения клеточных слоев на неорганические кристаллы их растворяли и получали полые многоклеточные системы.

Дрожжесомы – новые продукты организации клеток, в которых монослой отдельных клеток в результате самоорганизации приобретает сферическую форму, исследователям удалось получить, вообще обойдясь без шаблона, требующего удаления из системы на определенной стадии, точнее говоря в качестве шаблона выступали пузырьки воздуха.

Исследователи наносили слой катионного полиэлектролита на отдельные дрожжевые клетки, после чего модифицированные клетки самоорганизовывались вокруг микропузырьков жидкости, образуя клеточные колонии сферической формы. После образования сферической дрожжесомы находящийся внутри нее пузырек воздуха вытесняется водой, которая заполняет полость внутри дрожжесомы.

Исследователи продемонстрировали, что в составе дрожжесом клетки сохраняют свою жизнеспособность; колония клеток, удерживаемых друг около друга за счет коллоидных взаимодействий между молекулами катионного полиэлектролита, связывающегося с их поверхностью стабильна настолько, что ее можно изучать методом сканирующей электронной микроскопии.

Поскольку, как полагают исследователи, метод, который был использован ими при получении дрожжесом, может быть применен к любым другим типам клеток, разработанная ими стратегия может найти применение в разработке новых искусственных симбиотических биологических структур, искусственных многоклеточных организмов, а также для восстановления поврежденной биологической ткани.

Помимо потенциальных возможностей практического применения необычные биологические структуры, полученные искусственным путем, представляют и теоретический интерес.

Поскольку строение дрожжесом весьма похоже на строение примитивных многоклеточных организмов (вольвокс и другие водоросли), дрожжесомы могут служить моделью для изучения того этапа биологической эволюции, на котором происходил переход от одно- к многоклеточным живым системам.

Вполне возможно, что в условиях примордиального Мирового океана Земли, содержавшего примитивные одноклеточные организмы, могла происходить самопроизвольная организация одноклеточных живых систем в многоклеточные колонии, подобные тем, которые были получены международной группой исследователей.

В соответствии с гипотезами и экспериментами Опарина, Урея и Миллера в доисторических океанах могли самопроизвольно накопиться поверхностно-активные вещества, а также полиэлектролиты различного строения, которые в сочетании с микропузырьками воздуха, образующимися в ходе приливных процессов и океанских течений, вполне могли причинами самосборки одноклеточных организмов в многоклеточные колонии, которые затем и дали и начало эволюции многоклеточных.

Источник: Soft Matter, 2010, 6, 3494, DOI: 10.1039/c0sm00003e