Искусственные клетки: энергетические станции будущего

Искусственное воссоздание хлоропластов и митохондрий — ключевой шаг для создания устойчивых синтетических клеток. Митохондрии — это не только «энергетические станции клетки», но и одни из самых сложных внутриклеточных компонентов для искусственного воспроизведения.

Исследователи из Университета Соган (Южная Корея) и Харбинского политехнического института (Китай) определили наиболее перспективные достижения и главные проблемы в создании искусственных митохондрий и хлоропластов. Их обзор опубликован в журнале Biophysics Reviews.

«Если ученые смогут создать искусственные митохондрии и хлоропласты, мы потенциально сможем разработать синтетические клетки, способные автономно генерировать энергию и синтезировать молекулы. Это проложит путь к созданию совершенно новых организмов или биоматериалов», — заявил автор работы Кванву Шин.

В природе хлоропласты в растениях используют солнечный свет для преобразования воды и CO₂ в глюкозу. Митохондрии (в растениях и животных) производят энергию, расщепляя глюкозу. Ключевая молекула для хранения и переноса энергии в клетке — аденозинтрифосфат (АТФ).

Команда описала компоненты, необходимые для построения синтетических органелл, и определила белки как наиболее важные аспекты для молекулярной роторной машинерии, транспорта протонов и производства АТФ.

Предыдущие исследования уже реплицировали отдельные компоненты энергопроизводящих органелл. Наиболее перспективные работы исследуют промежуточные этапы сложного процесса генерации энергии. Соединяя последовательности белков и ферментов, исследователи повышают энергоэффективность.

Одна из самых значительных оставшихся проблем — обеспечение самоадаптации искусственных систем к изменяющимся условиям среды для поддержания стабильного снабжения АТФ. Будущие исследования должны решить эту задачу, прежде чем синтетические клетки станут полностью самодостаточными.

Авторы подчеркивают важность создания искусственных клеток с биологически реалистичными, природоподобными методами генерации энергии. Воссоздание целой клетки может привести к новым биоматериалам и дать понимание прошлого.

«Это может стать важной вехой в понимании происхождения жизни и происхождения клеток», — отметил Шин.