Искусственная мембрана: Шаг к жизни

Клеточные мембраны обеспечивают целостность клетки, они обеспечивают возможность создания в ней условий для протекания всех биохимических реакций, регулирует обмен веществами и энергией с окружающей средой. Словом, это в прямом смысле слова граница между жизнью и всем, что ее окружает.

Мембрана всех клеток представляет собой двойной слой фосфолипидов — молекул с гидрофильной «головой» и несколькими гидрофобными «хвостами». В водной среде они стремятся расположиться «хвостами» внутрь, выстраиваясь ровными рядами: мембрана самособирается. Конечно, в действительности картина намного сложнее, мембрана содержит также множество белковых компонентов, гликолипидов с дополнительными «хвостами» полисахаридов, молекул холестерина, регулирующих ее вязкость и т. д.Однако именно самособирающийся фосфолипидный бислой формирует ее основу.

Именно этот базовый элемент воссоздали исследователи из группы работающего в Калифорнии профессора Нила Девараджа (Neal Devaraj), используя чисто химические методы. Конечной целью всех этих экспериментов является создание полностью искусственной жизни, полученной без какого-либо участия других живых организмов, если не считать самих экспериментаторов. Пока что все синтетические организмы, о создании которых не раз сообщали ученые, представляют собой, по сути, лишь синтетические геномы, внедренные в заранее «выпотрошенные» и подготовленные клетки бактерий. О получении искусственного живого организма с нуля пока остается лишь мечтать.

Профессор Деварадж поясняет: «Предположительно, нечто подобное уже случилось в какой-то момент в прошлом. Иначе жизнь не могла бы появиться вообще». «Мы до сих пор окончательно не представляем себе, как протекал этот фундаментальный этап, на котором неживая материя превратилась в живую, — добавляет ученый. — В конце концов подобные опыты должны рассказать нам немало о базовых химических и биологических принципах, лежащих в основе жизни».

Как уже говорилось, благодаря двойной гидрофильно-гидрофобной природе фосфолипиды, составляющие клеточные мембраны, в воде самособираются. Гидрофобные липидные «хвосты» прячутся от полярной водной среды, а гидрофильные фосфатные «головки», наоборот, погружаются в нее. Так, ведомые лишь гидрофильно-гидрофобными взаимодействиями, молекулы выстраиваются в двойной слой мембраны и создают барьер, отделяющий клетку от внешнего мира.

В клетках современных организмов производство фосфолипидов обеспечивают специальные белки, интегрированные в мембраны клеток. Однако такое возможно лишь уже при наличии мембраны, а о том, как синтезировались липиды первых живых клеток, без участия белковых ферментов, пока остается лишь гадать. Возможный вариант такой реакции и предложили Деварадж и его коллеги.

«Эта реакция чисто искусственная, она не имеет известного нам аналога в живой природе. Именно так можно получить клеточную мембрану с нуля, — комментирует Деварадж, — В нашей системе это происходит с участием простейшего катализатора, металлического иона».

В водной среде исходные компоненты реакции образуют стабильную эмульсию из множества нерастворимых капель. Добавление в среду ионов меди ведет к их разрушению и возможности для реагентов взаимодействовать друг с другом. По данным авторов, после 24 часов такой инкубации все капли расходятся — и появляются двухслойные мембраны. Первый шаг к полноценной жизни.

Источник