Американские ученые из Иллинойского университета в Урбана-Шампейне разработали компьютерную 3D-симуляцию искусственной клетки с минимальным геномом. Модель клетки отражает все процессы, протекающие в ней. Статья о проделанной работе опубликована в журнале Cell.
Минимальные клетки — это клетки, геном которых значительно сокращен. В нем содержатся гены, отвечающие за репликации ДНК, рост и деление клетки, а также за другие жизненно важные процессы.
Американским ученым удалось впервые представить динамическую 3D-модель живой минимальной клетки. В модели учтены точное расположение и химические характеристики тысяч компонентов клетки, а также показаны протекающие химические реакции. Для создания модели минимальной клетки исследователи ориентировались на самые простые микроорганизмы — микоплазмы. Это паразитические бактерии. В прошлом эта команда биологов уже создавала синтетический геном, в котором отсутствовало максимальное количество не жизненно важных генов. Искусственная клетка с таким геномом росла в питательной среде, богатой различными соединениями и факторами роста. В новом проекте ученые все-таки добавили немного генов, чтобы повысить выживаемость клетки. Тем не менее эта клетка проще любой существующей на Земле, поэтому ее легко смоделировать на компьютере.
Чтобы смоделировать живую клетку, ученым пришлось полагаться на целые десятилетия других исследований. При создании компьютерной модели биологи учитывали физические и химические характеристики ДНК, липидов, аминокислот и машинерии, необходимой для процессов транскрипции, трансляции и фолдинга белков. В модели также показан процесс диффузии компонентов сквозь мембрану клетки, взаимодействие молекул друг с другом. Кроме того, учитывается расход энергии на каждом этапе жизненного цикла клетки.
Благодаря 3D-симуляции ученые смогли понять, как клетки уравновешивают метаболизм, генетические процессы и рост клетки. Например, в данной модели большая часть энергии была потрачена на диффузию важных ионов и молекул сквозь мембрану в клетку. Кроме того, ученые рассчитали «время жизни» иРНК, которые являются матрицами для синтеза белков. Также исследователи выяснили связь между скоростью синтеза липидов и мембранных белков и изменениями в площади поверхности мембраны и объеме клетки.
«Мы разработали трехмерную, полностью динамическую кинетическую модель живой минимальной клетки. Наша модель открывает окно во внутреннюю работу клетки, показывая нам, как все компоненты взаимодействуют и изменяются в ответ на внутренние и внешние сигналы. Эта модель (и другие, более сложные модели) поможет нам лучше понять фундаментальные принципы жизни», — прокомментировала Зайда Люти-Шультен из Иллинойского университета в Урбана-Шампейне.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
