Чем отличается живое от неживого? В первую очередь все живые организмы едят и пьют — люди, звери, птицы, грибы и растения не могут существовать без энергии, которую получают из питательных веществ. Потребляют еду все по-разному, но получение питательных веществ на клеточном уровне происходит примерно одинаково у всех организмов. Клетки способы всасывать в себя питательные вещества, извлекать отходы и снабжать органеллы основными строительными блоками в субмикрометровом масштабе при помощи специальных транспортных молекул. Но, самое интересное, что эта способность работает даже против градиента концентрации. К примеру, в клетке сконцентрировано много глюкозы, а вокруг нее лишь небольшое количество этого вещества. В таком случае клетка может закачать дополнительную глюкозу, чтобы восполнить ее недостаток. По сути, эта способность является необходимым условием для зарождения жизни. Первые клетки на Земле научились поглощать те питательные вещества, которые им нужны в необходимом для них количестве. Сотрудники Нью-Йоркского университета смогли обеспечить искусственные клетки системой питания.

Способность клеток впитывать вещества в необходимом для них количестве — обязательное условие для их жизни

Как искусственные клетки научили впитывать вещества

Чтобы система впитывания веществ, то есть мембранный насос, мог поглощать против градиента концентрации, ему необходима энергия. В результате биохимических реакций питательные вещества расщепляются, при этом энергия их химических связей сохраняется в виде молекулы АТФ, а также в аналогичных ей других молекул. Затем из таких молекул она легко извлекается теми или иными органоидам (отдельным элементам клетки, которые выполняют самые разные функции, вплоть до арифметических вычислений). В том числе часть молекул направляется к мембранным насосам, обеспечивая их необходимой для работы энергией.

Каждая живая клетка представляет собой целый «завод», состоящий из отдельных органоидов

Ученые Нью-Йоркского университета смогли создать искусственные клетки, которые обладают подобным насосом, способным закачивать вещества извне. Подробно об этом описано в журнале Nature. В качестве энергии для насоса они использовали свет. Следует отметить, что клетками эти искусственные образования назвать можно лишь с большой натяжкой. Они представляют собой просто мембранные капсулы, по размеру сравнимые с эритроцитами. Их мембрана выполнена не из липидов, как у живых клеток, а из полимера.

Внутри они тоже не содержат никаких систем, которыми обладают клетки, то есть не имеют аппарата для синтеза белка или митохондрий. По сути, они представляют собой клеточные макеты, однако вполне годятся для изучения некоторых фундаментальных процессов. В мембране этих пузырьков ученые делали отверстия и вставляли молекулярный насос. Последний начинал работать и закачивать вещества, когда на него попадал свет. В результате он втягивал внутрь пузырьков молекулы, которые находились вокруг. При этом насос служил одновременно и клапаном, который не давал выйти наружу содержимому пузырьков. Насос также можно перепрограммировать, чтобы он выкачивал содержимое пузырька наружу и не пропускал внутрь.

Схема питания клетки — мембрана захватывает вещества и обеспечивает их доставку внутрь клетки

Конечно, до полноценной клеточной системы изобретению ученых еще далеко. Впитанные вещества не переваривались, а просто накапливались внутри пузырька. Кроме того, насос не способен сам выключаться, когда в клетке накапливается достаточное количество питательных веществ. Также он не способен отличать одно вещество от другого. Поэтому, когда ученые добавили в окружающую питательную среду кишечные палочки, то насос стал поглощать даже их.

Искусственные клетки с насосом — в чем их польза

Как я сказал выше, способность клеток поглощать питательные вещества в необходимом для них количестве является главным условием для жизни организмов. Возможно, ученым удастся доработать капсулы, и тогда они действительно будут похожи на живые клетки.

Однако, даже сейчас изобретению уже можно найти применение. К примеру, его можно использовать как фильтр, к примеру, для очистки жидкостей от загрязнений или устранения бактерий. Причем бактерии и загрязняющие вещества теоретически можно разрушать прямо внутри пузырьков. Для этого нужно лишь предварительно заполнять их определенными реагентами.

Ученые не собираются останавливаться на достигнутом и будут продолжать работать над усовершенствованием искусственных клеток. Об их достижениях мы будем сообщать на нашем facebook, которые следят за процессами, которые происходят внутри них.