Полимеры помогли в создании искусственной клетки

Биологи из Пенсильванского университета (США) создали искусственную клетку, чтобы с ее помощью лучше понять, как устроены живые клетки.
Команда исследователей сконструировала простую искусственную клетку, чтобы с ее помощью изучить организацию и функции двух из главных компонентов клеток - мембраны и цитоплазмы, студенистой жидкости, которая окружает "внутренние органы" живой клетки.
Результаты их работы будут опубликованы в конце мая в Journal of the American Chemical Society.
"Многие ученые пытались понять клетки, "выключая" по одному ее гены и наблюдая, как это сказывается на ее функциях. Но мы пошли противоположным путем", - говорит доцент Кристин Китинг (Christine Keating), которая руководила исследованием.
"Мы начали с малого, добавляя компоненты, чтобы найти, что необходимо для стимуляции большинства основных клеточных функций. Наша цель была в том, чтобы выяснить, насколько большая степень сложности может наблюдаться в очень простой "коллекции" молекул", - добавляет она.
Китинг и ее коллеги создали модель клетки, используя в качестве цитоплазмы раствор двух разных полимеров - полиэтиленгликоля и декстрана, полимера глюкозы. Этот раствор был помещен в клеточную мембрану, и поскольку два эти вещества не смешиваются, одно из них окружило другое, подобно тому, как белок в яйце окружает желток.
Затем модель клетки была помещена в концентрированный раствор сахара. Благодаря осмосу - физическому процессу, в котором вода проникает через мембрану от менее концентрированного раствора к более концентрированному - вода уходила из относительно разбавленного полимерного раствора внутри клетки к концентрированному раствору сахара снаружи. В результате объем полимерного раствора внутри мембраны уменьшился.
Так как клеточная мембрана стала велика для уменьшившегося объема раствора, клетка утратила сферическую форму и приобрела что-то вроде почки. Богатая декстраном смесь заполнила "почку", а смесь полиэтиленгликоля осталась в теле клетки. Этот процесс усложнения клетки представляет собой поляризацию.
"Поляризация критически важна для развития. Это важнейший шаг в развитии сложного многоклеточного организма, такого как человеческое существо, в котором разные клетки выполняют разные функции", - говорит Китинг.
Исследователи намерены добиться последовательной поляризации частей своих моделей клеток.
"Путем создания цитоплазмы с различными растворами, мы показали, что мы можем контролировать поведение клеточных мембран. Теперь мы хотим выяснить, что происходит, если мы, например, добавим фермент, активность которого зависит от состава цитоплазмы и клеточной мембраны", - говорит Китинг.
В первой половине 20-го века в Советском Союзе проводились эксперименты, в которых исследователи пытались воспроизвести условия, благодаря которым возникла жизнь. Академик Александр Опарин выдвинул теорию зарождения жизни из так называемого первичного бульона - в ходе химической эволюции молекул, содержащих углерод. Он проводил эксперименты со сложными смесями органических молекул, пытаясь создать структуру, похожие на живые организмы.
Китинг и ее коллеги, хотя и планируют продолжить опыты с моделями клеток, не намерены создавать настоящие. Скорее, мы хотим понять физические принципы, которые управляют биологическими системами", - говорит Китинг.
Она говорит, что ее задача - "пытаться понять как потрясающая сложность, наблюдаемая в биологических системах могла бы вырасти благодаря на первый взгляд простым и химическим и физическим принципам".

rian.ru