Группе исследователей из медицинской школы Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) удалось получить компьютерную модель примитивной живой клетки, способной реплицировать свою ДНК. Возможно, это станет одним из решающих шагов на пути к созданию искусственной жизни.
Отчёт об эксперименте опубликован в журнале Nature.
Существует несколько основных теорий зарождения жизни на Земле, в том числе – в недрах гидротермальных источников. По мнению многих специалистов, именно там возникли предбиологические (prebiotic) молекулы – жирные кислоты.
В свою очередь жирные кислоты теоретически могли образовывать так называемые везикулы – «пузырьки», внутри которых происходило удвоение нуклеиновых кислот, то есть процесс репликации.
Однако существовала одна фундаментальная загвоздка: возможность спонтанного возникновения структур, которые бы пропускали необходимые для копирования наследственной информации вещества внутрь мембраны, оставалась невыясненной.
Дело в том, что мембрана клеток современных организмов состоит не только из жирных кислот, но и из белков. При этом как раз белки ответственны за допуск определённых молекул и соединений внутрь клетки.
Считается, что белки эволюционно возникли позже, чем нуклеиновые кислоты, и в связи с этим были сомнения относительно принципиальной возможности передачи генетической информации через мембранные везикулы древнейших небелковых организмов.
Джеку Шостаку (Jack Szostak) его коллегам удалось продемонстрировать не только то, что пузырьки из жирных кислот могут спонтанно возникать в гидротермальных условиях ранней Земли и образовывать везикулы, но и то, что их сферические поверхности способны пропускать ионизированные молекулы.
Для целей исследования возможный механизм возникновения протоклеток был разделён на два этапа: образование жирных кислот на дне гейзеров и формирование на их основе мембранных структур, когда часть таких соединений выбрасывались в атмосферу.
Моделирование первого этапа показало, что в горячей минерализованной воде способны образовываться жирные кислоты, часть из которых впоследствии выбрасывается в атмосферу.
В водной среде гидрофильные окончания жирных кислот (к ним могут присоединяться молекулы воды) сцепляются между собой и обращаются наружу, а гидрофобные (не вступающие в реакцию) – соответственно вовнутрь. Таким образом спонтанно формируются мицеллы – основа стабилизирующих оболочек клеток.
В атмосфере, в зависимости от кислотности окружающей среды, мицеллы могут, в свою очередь, образовывать на поверхности «пузырька» везикулы – именно они играют важную роль во взаимодействии живых клеток и в обмене наследственной информацией.
Моделирование второго этапа также доказало возможность возникновения везикул и молекулярного обмена между протоклетками.
«Нам удалось показать, что это теоретически работает», — говорит Шостак. По его словам, полученные результаты позволят приблизиться к созданию «действующей модели» протоклетки.
Луис Эчегойен (Luis Echegoyen), директор химического отделения Национального фонда науки США (NSF Division of Chemistry), считает, что полученные результаты довольно впечатляющи и помогут понять механизм формирования обмена веществ у первых клеток.
Впрочем, появления полноценной искусственной жизни учёные ожидают ещё не скоро.
Читайте также об искусственной клетке, собранной биологами, и о синтезе крупнейшей рукотворной ДНК, а ещё — о гипотезе, связывающей зарождение жизни со слюдой.
