Создана искусственная клетка, способная к навигации по химическим сигналам

Международная группа учёных из Института биоинженерии Каталонии (IBEC, Барселона) продемонстрировала, что искусственные липосомы можно запрограммировать на активное движение по химическому градиенту. В работе они описали искусственную клетку, состоящую лишь из оболочки, одного фермента и белка, но способную к хемотаксису — направленному движению в сторону определённого вещества.

Такое движение типично для живых клеток: бактерии тянутся к глюкозе, к сигнальным молекулам, а иммунные клетки — к воспалению. Но в отличие от них, искусственная клетка не содержит ни ДНК, ни белков-рецепторов, ни двигательных структур — только минимальный набор молекул.

Ключ к движению — в «нарушении симметрии» вещества вокруг пузырька. Учёные поместили внутрь липосом фермент (глюкозооксидазу или уреазу) и встроили в мембрану белки-поры. Когда внешняя среда содержит нужное вещество (например, глюкозу), фермент превращает его в продукт реакции, а через поры обеспечивается обмен. В результате с одной стороны создаётся химический дисбаланс, и это вызывает движение жидкости — осмотическое течение, которое «толкает» клетку в нужную сторону.

Для подтверждения этого эффекта команда провела масштабную автоматизированную обработку — более 10 000 липосом были отслежены в разных концентрациях субстрата. Оказалось, что их направление движения действительно совпадает с градиентом нужного вещества — и чем больше в них пор, тем точнее и стабильнее движение.

Модель оказалась настолько надёжной, что искусственные клетки воспроизводили хемотаксис в реальном времени: при наличии внешнего градиента они начинали перемещаться с характерным смещением центра распределения. Причём сама «навигационная система» включала всего один фермент и одну пору.

По мнению руководителя группы, профессора Лоренцо Батталья (Lorenzo Di Michele Battaglia), именно в этой простоте — главная научная ценность работы: «Нам удалось воспроизвести направленное движение клетки, не используя ни рецепторов, ни внутренней сигнализации. Это минимальная система, но она показывает, как можно изучать биологические принципы не копируя их, а сводя к сути».

Создание таких минимальных клеток открывает новое направление: с одной стороны — для фундаментальной биофизики, с другой — для прикладных задач, таких как адресная доставка лекарств. Кроме того, эти липосомы становятся моделью того, как могли двигаться первые простейшие «протоклетки» на заре жизни.

 Источник: Science Advances