Ученые создали простую синтетическую клетку JCVI-syn3A, которая аккуратно делится. Исследование публикует журнал Cell. Пять лет назад ученые создали одноклеточный синтетический организм. Имея всего 473 гена, он стал простейшей из когда-либо известных живых клеток.

Однако этот бактериоподобный организм странно себя вел при росте и делении, производя клетки совершенно разных форм и размеров. Наконец ученые определили семь генов, которые можно добавить, чтобы усмирить непокорную природу клеток, заставляя их аккуратно делиться на однородные сферы.

Над исследованием работали эксперты из Института Дж. Крейга Вентера (JCVI), Национального института стандартов и технологий (NIST) и Центра битов и атомов Массачусетского технологического института (MIT).

Идентификация этих генов — важный шаг к созданию синтетических клеток. Они, в свою очередь, могут действовать как небольшие фабрики по производству лекарств, продуктов питания и топлива. Кроме того, они способны диагностировать болезнь и создавать лекарства для лечения человеческого тела, находясь внутри него. По сути, такие клетки функционируют как крошечные компьютеры.

Проблема в том, что для их проектирования и построения важно иметь список её основных частей и знать, как они сочетаются друг с другом.

Ученые JCVI сконструировали первую клетку с синтетическим геномом в 2010 году. Они не построили ее полностью с нуля. Вместо этого исследователи начали с клеток очень простого типа бактерий — микоплазмов. Они уничтожили их ДНК и заменили ее на искусственную — спроектированную на компьютере и синтезированную в лаборатории. Это был первый организм в истории жизни на Земле, который имел полностью синтетический геном — JCVI-syn1.0.

С тех пор ученые работали над сокращением этого организма до минимума генетических компонентов. Однако созданная ими пять лет назад сверхпростая ячейка JCVI-syn3.0 была даже слишком минималистичной.

Покадровая видеосъемка, на которой под световым микроскопом показаны клетки синтетического организма JCVIsyn3.0, растущие и делящиеся, полученные в результате сотрудничества между Институтом Дж. Крейга Вентера, Национальным институтом стандартов и технологий и Технологическим центром Массачусетского технологического института. Атомы. Масштабная линейка представляет 50 микрометров. Предоставлено: NIST / MIT.

Теперь ученые добавили к этой клетке 19 генов, среди них семь необходимы для нормального деления. Так появился новый вариант — JCVI-syn3A, у него менее 500 генов. Для сравнения: бактерии кишечной палочки имеют около 4 000 генов. В человеческой клетке их около 30 000.

Покадровая видеозапись, на которой под световым микроскопом показаны клетки синтетического организма JCVI-syn3A, растущие и делящиеся, полученные в результате сотрудничества между Институтом Дж. Крейга Вентера, Национальным институтом стандартов и технологий и Технологическим центром Массачусетского института битов и технологий. Атомы. Масштабная линейка представляет 50 микрометров. Предоставлено: NIST / MIT.

Идентификация этих семи дополнительных генов заняла годы кропотливых усилий группы синтетической биологии JCVI во главе с Джоном Глассом. Соведущий автор исследования и ученая JCVI Лиджи Сан сконструировала десятки вариантных штаммов, систематически добавляя и удаляя гены. Затем она и другие биологи наблюдали, как эти генетические изменения влияют на рост и деление клеток.