Синтетическая биология стремится создать искусственную клетку — систему, которая могла бы самостоятельно поддерживать обмен веществ, расти, копировать свой геном и делиться, и при этом состояла бы из полностью известных компонентов с понятной функцией. Такая клетка помогла бы определить минимальный набор молекул и процессов, необходимых для жизни, а также могла бы стать управляемой платформой для биотехнологии.
Ранее путем сокращения геномов природных бактерий были получены упрощенные клетки, а отдельные клеточные функции (включая синтез белка, репликацию ДНК и рост мембраны) удавалось воспроизвести в искусственных мембранных пузырьках — липосомах. Однако до сих пор не существовало искусственной клетки, собранной из неживых компонентов, в которой происходили бы сразу все основные жизненные процессы: питание, рост, репликация генома, экспрессия генов, влияние генотипа на фенотип, а также размножение с наследственностью и отбором.
Американские биоинженеры опубликовали препринт, в котором сообщили о создании синтетических клеток, у которых есть все эти способности, хоть и с оговорками. Клетки содержат геном длиной около 90 тысяч пар оснований, в котором закодирована часть белков, необходимых для репликации ДНК, транскрипции и трансляции. Питаются клетки путем слияния со специальными «кормовыми липосомами», содержащими все недостающие компоненты, включая готовые рибосомы, липиды для роста мембраны, ферменты и низкомолекулярные вещества. Удалось продемонстрировать рост и размножение синтетических клеток в течение пяти поколений. Кроме того, удалось смоделировать зависимость фенотипа от генотипа и естественный отбор. В геноме искусственной клетки закодирован мембранный белок α-гемолизин (αHL), необходимый для слияния с кормовыми липосомами. В условиях дефицита пищи селективное преимущество получают клетки с более сильным вариантом промотора αHL. Такие клетки производят больше αHL, чаще сливаются с кормовыми липосомами и, как следствие, быстрее растут и размножаются. В результате частота встречаемости в генофонде сильного варианта промотора растет. Это можно рассматривать как элементарный акт дарвиновской эволюции.
Исследование представляет собой важный шаг к созданию искусственной жизни, хотя над повышением автономности полученной системы еще предстоит поработать.
