Изучение происхождения жизни требует ответов на комплекс сложных научных вопросов. Несмотря на значительный прогресс в понимании того, как простые химические соединения на ранней Земле превращались в сложные молекулы и генетические структуры, ключевая проблема оставалась нерешенной. Речь идет о механизме формирования мембран, которые смогли окружить первые клетки, сохранив при этом связь с внешней средой.
Проблема изоляции первых организмов
В лабораторных условиях мембраны достаточно легко формируются в воде спонтанно, захватывая любые растворенные вещества, включая нуклеиновые кислоты. Однако такие оболочки полностью изолируют содержимое от внешней среды. Любые химические реакции внутри подобной структуры быстро прекращаются, так как запасы сырья внутри замкнутого пространства истощаются, а новые материалы не могут проникнуть сквозь барьер.
Специалисты из Университета Миннесоты представили упрощенную систему, которая решает эту задачу. Исследователям удалось создать модель, в которой мембрана заключает в себе генетический материал, но при этом сохраняет способность постоянно импортировать необходимые ресурсы извне.
Особенности системы SpudCell
Разработка, получившая название SpudCell, демонстрирует ряд уникальных свойств, приближающих ее к поведению живой клетки. В ходе экспериментов было замечено, что система способна к спонтанному делению, производя несколько поколений «потомства» до того, как механизмы выходят из строя. Несмотря на то что процесс все еще требует активного вмешательства человека, он открывает новые возможности для изучения минималистичных форм жизни.
Основные технические характеристики системы:
- Использование генетических механизмов, заимствованных у вирусов для упрощения процессов.
- Общий объем генетического кода составляет около 90 000 пар оснований.
- ДНК распределена между семью отдельными кольцевыми молекулами.
- Механизм репликации ДНК основан на ферментах бактериофага Phi29.
Перспективы исследования
Работа проводилась под руководством Кейт Адамала. В основу проекта легли биологические модули, ранее разработанные другими научными группами. Выбор вирусных компонентов обусловлен их компактностью: вирусы часто обладают предельно лаконичными версиями систем, которые в полноценных клетках устроены гораздо сложнее.
В обзоре отмечается, что интеграция системы копирования ДНК вируса Phi29 внутрь мембраны позволяет синтетической клетке воспроизводить собственный генетический материал. Данная работа, представленная пока в формате препринта, считается важным шагом в понимании того, как могли выглядеть самые примитивные формы жизни на Земле.
