Всего два гена заставляют крошечные синтетические клетки двигаться, давая тем самым подсказки об эволюции жизни.
В детстве Макото Мията любил возиться с радиоприемниками и усилителями. Теперь его интерес возиться с вещами только возрос, но как клеточный биолог он делает это в гораздо более тонких масштабах. В статье, опубликованной в журнале Science Advances, Мията из Университета Осаки в Японии изменил гены самой маленькой синтетической формы жизни, чтобы заставить ее двигаться самостоятельно, что позволяет предположить, как минимальные генетические дополнения могли помочь первобытным клеткам начать двигаться.
Исследователи уже давно пытаются понять, как самые ранние природные клетки могли развить движение. В таких исследованиях использовались бактерии рода Spiroplasma: одноклеточные, спиралевидные паразитические микробы, которые двигаются, просто сгибаясь, разгибаясь и изменяя свою форму, а не с помощью специализированных придатков, как многие другие бактерии. В Spiroplasma ученые уже идентифицировали семь генов, которые, вероятно, способствуют такому типу движения клеток. Но подтвердить точную роль этих генов экспериментально оказалось непросто.
Команда обратилась к синтетической клетке, названной JCVI-syn3.0 (сокращенно syn3.0), которую исследователи из Института им. Крейга Вентера создали в 2016 году. Клетка выживает и реплицируется с рекордно малым количеством 473 генов - у человека, для сравнения, их более 20 000. Но syn3.0 не способна двигаться.
Мията и его коллеги ввели в клетки syn3.0 комбинации из семи генов Spiroplasma, связанных с движением. По его словам, он отчетливо помнит момент, когда он заглянул в микроскоп и увидел, что ранее неподвижные синтетические клетки "танцуют". Почти половина из них приобрела новые формы; некоторые даже развили извилистые спиралевидные формы, чтобы плавать, подобно спироплазме.
Мията представлял себе создание синтетической клетки, способной двигаться, но, по его словам, когда это произошло на самом деле, он был "весьма удивлен". Он был не единственным, кто был удивлен, по словам биолога Национального института стандартов и технологий США Элизабет А. Стрихальски, которая не участвовала в исследовании, но присутствовала на презентации перед его выходом. "Когда они показали видео, как эти организмы плавают и как изменились их [формы], вы могли почти почувствовать коллективный восхищенный вздох", - рассказывает она. Группа Мияты обнаружила, что введение комбинаций всего двух генов было достаточно для того, чтобы вызвать движение, напоминающее движение спироплазмы.
Стрихальски отмечает, что другие исследователи использовали подобную технику вставки ДНК для добавления флуоресцентных генов медузы в кошачьи эмбрионы, создав домашних кошек, которые светились. Но мало кто ожидал, что это может сработать в синтетических клетках. Этот эксперимент "был очень смелым", - говорит она, - "и [его успех] также очень мотивирует и поднимает настроение в этой области".
Хотя трудно представить, какие условия вызвали первые движения клеток миллиарды лет назад, это исследование показывает, как небольшие изменения смогли помочь им совершить этот огромный скачок. Исследование также имеет последствия для будущего, считает Стрихальски: "Мобильные синтетические клетки могут быть созданы для поиска загрязняющих веществ, патогенов или даже раковых клеток в человеческом организме".
