Биология

Искусственная клетка использует энергию света для синтеза белка

Janet Iwasa/Szostak Laboratory/Harvard Medical School

Японские ученые сконструировали искусственную клетку, которая самостоятельно синтезирует энергию и белки. Работа вышла в журнале Nature Reports.

Попытки построить искусственную клетку позволяют расширить наше понимание живой природы. Многие клеточные системы были реконструированы из биомолекул, однако, насколько известно, они не обладали самостоятельными механизмами синтеза различных веществ и извлечения энергии.

Чтобы превратить искусственную клетку в энергетически независимую систему, необходимо создать цикличную систему потребления и производства энергии, управляемую неограниченным внешним физическим или химическим источником энергии. Для синтеза энергии идеально подходит искусственная мембрана, содержащая белки АТФ-синтазу и бактериородопсин.

Бактериородопсин, поглощая желтые длины волн, перекачивает протоны (H+) с одной стороны мембраны на другую. Возникающее неравенство в концентрации положительно заряженных ионов по разные стороны мембраны — протонный градиент — позволяет ферменту АТФ-синтазе синтезировать высокоэнергетические молекулы АТФ, которые представляют собой основной энергетический эквивалент клетки.

Далее молекулы АТФ могут быть использованы как субстрат для синтеза РНК на матрице ДНК (транскрипция) и источник энергии для формирования последовательности белка на основе РНК (трансляция). Так обе стадии биосинтеза белка получают необходимый компонент процесса.

Благодаря оптимизации технологии образования протеолипосом с бактериородопсином и АТФ-синтазой исследовательской группе удалось получить АТФ в миллимолярном количестве внутри искусственной клетки. После шести часов освещения было произведено 4,6 микромоль АТФ на 1 миллиграмм АТФ-синтазы.

Объединив искусственную органеллу и систему бесклеточного синтеза белка, ученые создали искусственную фотосинтетическую клетку. Для синтеза был выбран зеленый флуоресцентный белок, что давало возможность легко детектировать его накопление в системе. По прошествии шести часов облучения образца светом клетки демонстрировали интенсивную флуоресценцию.

«Таким образом, искусственные клетки могут производить энергию для синтеза собственных компонентов, — поясняет Дзютэцу Курума, сотрудник Токийского технологического университета и соавтор работы. — И раз искусственные клетки можно сделать энергетически независимыми, то в будущем возможно сконструировать самоподдерживающиеся клетки».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.